(相關資料圖)

“手性”是指物質(zhì)不能與其鏡像疊加的性質(zhì)。由于手性分子的鏡像異構(gòu)體具有顯著不同的生理效應，生命科學和藥理學領域?qū)Ω咝ёR別和分選鏡像異構(gòu)體的新技術有很大需求?，F(xiàn)有檢測方法和光化學反應利用手性分子中左右圓偏振光(圓二色性)的光學吸收差異，但使用這些現(xiàn)有技術進行分析需要高樣品濃度和大量測量時間。這些要求源于左旋圓偏振光和右旋圓偏振光之間的微小吸收差異，這是由于手性分子相對于此類光的螺距較小的尺寸。增強圓二色性需要一種能夠在小于光學波長的納米級區(qū)域中產(chǎn)生圓偏振增強場的技術。光學手性是圓偏振增強場的量度，當電場和磁場都增強時，光學手性會最大化，并且保留入射圓偏振的旋向方向(螺旋性)。然而，傳統(tǒng)的納米天線(例如具有局域表面等離子體共振的金屬納米天線)并且入射圓偏振的旋性方向(螺旋性)被保留。然而，傳統(tǒng)的納米天線(例如具有局域表面等離子體共振的金屬納米天線)并且入射圓偏振的旋性方向(螺旋性)被保留。然而，傳統(tǒng)的納米天線(例如具有局域表面等離子體共振的金屬納米天線)1)與入射電場共振，但它們對入射磁場的響應最小，阻止螺旋性保存。因此，開發(fā)一種在電場和磁場中同時諧振的新型納米天線是必要的。

研究總結(jié)

本研究重點關注高折射率介電納米粒子的米氏共振2 。米氏共振包括電偶極子共振和磁偶極子共振(圖1，左)，在光頻率范圍內(nèi)具有低階米氏共振的介電納米粒子可以增強入射電場和磁場。這種納米顆粒具有電磁對稱性，被稱為“雙”納米天線(圖 1，右)。雙納米天線通過其兩個共振增強光學手性，盡管這些納米天線具有非手性3結(jié)構(gòu)。在這種情況下，來自共振的散射光保留了入射光的螺旋性(圓偏振的旋向性)。在這項研究中，研究小組開發(fā)了一種新型納米天線，它既可以增強電磁場，又可以利用可見光和近紅外光譜中的米氏共振保持圓偏振。

首先，研究人員根據(jù)米氏理論計算了硅納米顆粒中光學共振的螺旋密度。他們證明這些粒子在 Kerker 條件下保留了入射圓偏振光的螺旋性4——電偶極子共振和磁偶極子共振的強度和相位相等——形成圓偏振光的近場。為了證明這一特性，研究小組使用了他們獨立開發(fā)的晶體硅納米粒子的膠體溶液。圖2(a)顯示了不同尺寸的硅納米粒子的膠體溶液的照片。將尺寸分布抑制到 5% 以下會產(chǎn)生生動的散射著色。該團隊構(gòu)建了一個裝置，當納米顆粒受到順時針圓偏振光照射時，可以精確測量散射光的右旋和左旋圓偏振分量，從而獲得螺旋密度譜。沒有這種“雙”共振的顆粒(例如金納米顆粒)表現(xiàn)出散射光偏振的變化，如圖2(b)所示，并且不保留入射光的螺旋性。在實驗和計算中螺旋度密度幾乎為零，如圖2(c)所示。同時，滿足克克條件的“雙”納米粒子保留了入射圓偏振光的散射光螺旋性(圖2(d))。圖2(e)所示的硅納米顆粒膠體溶液在680 nm左右的波長下使螺旋密度達到理論值0.96和實驗值0.7。該結(jié)果表明在納米粒子表面上形成了圓偏振近場。

未來發(fā)展

圓偏振光的近場增強了光與手性分子之間的相互作用。這種效應改善了手性分子的圓二色性，實現(xiàn)高靈敏度的檢測和分析，提高不對稱光化學反應的效率，在制藥領域具有潛在的應用前景。此外，所開發(fā)的納米顆粒溶液具有作為控制光偏振的新液體的潛力。

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