等離激元手性結構光學效應與應用研究進展

手性與自然界息息相關，如生命體的DNA雙螺旋分子和氨基酸，植物莖蔓的旋向，與蝸牛貝殼的旋向等。因此，手性結構的研究在工程學、分析化學、和生命科學等領域具有重要意義。自然界中的手性結構所具有的光學效應往往很弱，並且作用波段受到限制（大多數自然分子的響應波段為紫外波段），人們對手性結構的研究受到了阻礙。等離激元手性結構利用其自身等離激元能夠增強電磁場從而達到放大和調控光場的性質，為進一步研究手性光效應與其應用開拓了廣闊的前景。北京大學物理學院方哲宇課題組在該文章從不同的手性結構出發，介紹了等離激元手性結構的光學響應與特性，並對其應用發展等進行了分析。

文章從基本理論開始，講述了自然界中的手性結構及其特性後，引入了不同維度的等離激元結構。得益於現代先進的加工工藝，利用自上而下和自下而上技術，科學家們合成加工了手性超分子，准二維平面與三維陣列等超結構。通過調控光與物質相互作用可以對其圓雙折射，圓二色性，和圓轉換二色性進行調製，進而實現多方面應用。比如，利用結構表面局域電磁場產生的力矩實現了通過光力調控的納米電動機和光鑷，和利用等離激元超靈敏特性可以實現對圓偏振光的探測和手性分子醫藥感測等。特別是，通過設計具有Pancharatnam-Berry phase手性超表面可實現具有消色差的高質量3D全息成像。

作者認為在今後的發展中，結合手性光學密度態近場成像，時間分辨的圓二色超快手段和手性陰極熒光探測技術可以探測到手性場中電子的弛豫過程和分布，從而挖掘更深層次的手性物理機制。通過結合新的技術，如微流控技術，可以實現更靈敏與精確的光學器件，應用到量子通信，醫藥科學和軍事科學等重要領域中。

近年來，方哲宇課題組在表面等離激元二維材料與手性結構領域做了一系列工作，如通過表面等離激元實現二硫化鉬單層結構的相變（Adv. Mater. 2014）；利用石墨烯量子點實現單層二硫化鉬的光致熒光調控（Adv. Mater, 2015）; 等離激元法諾共振調控二維七聚體手性信號（Nano Lett., 2018）;金屬-二硫化鉬異質結界面等離激元誘導熱電子超快特性研究（Adv. Funct. Mater. 2016）; 自旋軌道耦合調控的單層二硫化鉬熒光發光器件（ACS Nano, 2017），利用多焦點金屬超平面增強光學響應（Light Sci. Appl. 2017）；基於單層二硫化鉬的單分子等離激元電光調製器（ACS Nano 2017）等等。

該工作於近期發表在Advanced Optical Materials（DOI:10.1002/adom.201700040）上。

喜歡這篇文章嗎？立刻分享出去讓更多人知道吧！