Chirale optische Kräfte und Materiewellen-Interferometrie

Chirale Moleküle mit entgegengesetzter Händigkeit wechselwirken auf unterschiedliche Weise mit zirkular polarisiertem Licht. Die daraus resultierenden Effekte, wie optische Rotation und zirkularer Dichroismus, sind etablierte Messgrößen zur Quantifizierung molekularer Chiralität.  In diesem Projekt untersuchen wir die Wechselwirkung chiraler Lichtmoleküle im Kontext der optischen Kräfte und der Materiewellenphysik. Off-resonante Wechselwirkungen von optischen Feldern mit chiralen Molekülen führen zu Kräften, die spezifisch für die Händigkeit der Moleküle sind [1]. Solche diskriminierenden Kräfte resultieren hauptsächlich aus Beiträgen von magnetischen Dipol- und elektrischen Quadrupoltermen. Unser Ziel ist die experimentelle Beobachtung diskriminierender optischer Kräfte an chiralen Molekülen, die das Verständnis und die Kontrolle optischer Kräfte über das traditionelle Elektro-Dipol-Limit hinausschiebt und einen ersten Schritt in Richtung des Regimes der Materiewellen-Interferometrie macht. Längerfristig verspricht dies eine Plattform für quantengestützte Metrologie chiraler Moleküle und kann zur Erforschung der Kohärenz- und Dekohärenzdynamik (Hundsches Paradoxon) tunnelnder chiraler Systeme eingesetzt werden [2].

[1] R. P. Cameron, S. M. Barnett, S. M. & A. M. Yao, Discriminatory optical force for chiral molecules. New J. Phys. 16, 013020 (2014).

[2] B. A. Stickler, M. Diekmann, R. Berger & D. Wang, Enantiomer superpositions from matter-wave interference of chiral molecules. arXiv:2102.06124 (2021).