Bir molekülün sağ eli mi sol eli mi olduğunu anlamak, yani kiral yapısını belirlemek, kimya ve biyolojinin temel sorularından biridir. Aynı atomlardan oluşan iki molekül, birbirinin ayna görüntüsü olduğunda birbirinin yerine geçemiyor ve canlı sistemlerde çok farklı etkiler gösterebiliyorlar. Bu nedenle kiraliteyi güvenilir biçimde ölçmek büyük önem taşıyor.
Geleneksel yöntemler molekülün üç boyutlu geometrik yapısına odaklanır. Ancak son yıllarda bilim insanları, moleküllerin titreşim hareketlerinin de bu bilgiyi taşıyıp taşıyamayacağını sorgulamaya başladı. Kiral fononlar olarak adlandırılan bu titreşim modlarının, özellikle katı hal fiziğinde spin polarizasyonu gibi ilginç etkilere yol açabileceği öne sürülmektedir.
Yeni çalışmada araştırmacılar, atomlar arasındaki titreşim hareketlerinden türetilen bir helicity pseudoscalar büyüklüğünü teorik olarak inceledi. Bu büyüklük, sabit kısmi yük (FPC) yaklaşımı çerçevesinde titreşimsel dairesel dikroizm spektroskopisi ile ölçülen sinyal şiddetiyle matematiksel bir bağ kuruyor.
Titreşimsel dairesel dikroizm (VCD), sol ve sağ dairesel polarize kızılötesi ışığın bir molekül tarafından farklı biçimlerde soğurulmasına dayanır. Bu fark, molekülün kiral yapısı hakkında bilgi verir. Ancak bu sinyali moleküler titreşim modlarının özelliklerine bağlayan sezgisel ve hesaplanabilir bir ölçüt bulmak güçtür.
Önerilen helicity pseudoscalar'ın birkaç önemli avantajı bulunuyor: Birincisi, molekülün uzaydaki konumundan ya da yöneliminden bağımsız; öteleme ve döndürmeye karşı değişmez. İkincisi, birbirine ayna görüntüsü olan enantiomerleri işaret bakımından ayırt edebiliyor. Üçüncüsü ve belki de en önemlisi, araştırmacıların daha önce önerdiği atom bazlı pseudoscalar ölçütünden farklı olarak, önceden tanımlanmış bir simetri eksenine gereksinim duymuyor.
Bu özellikler, söz konusu büyüklüğü hesaplamalı kimyada ve spektroskopik analizlerde pratik bir araç haline getirebilir. Özellikle büyük ve karmaşık moleküllerin kiral özelliklerini titreşim dinamikleri üzerinden analiz etmek, yapısal yöntemlerin yetersiz kaldığı durumlarda tamamlayıcı bir çözüm sunabilir.
Çalışma aynı zamanda kiral fononlarla ilgili daha geniş bir araştırma gündemine katkı sağlıyor. Kiral titreşim modlarının malzemelerdeki spin seçiciliği üzerindeki rolü hâlâ tartışmalı olmakla birlikte, bu tür teorik araçların geliştirilmesi konuyu daha sağlam bir zemine oturtmaya yardımcı olacak.