等离激元手性结构光学效应与应用研究进展

手性与自然界息息相关，如生命体的DNA双螺旋分子和氨基酸，植物茎蔓的旋向，与蜗牛贝壳的旋向等。因此，手性结构的研究在工程学、分析化学、和生命科学等领域具有重要意义。自然界中的手性结构所具有的光学效应往往很弱，并且作用波段受到限制（大多数自然分子的响应波段为紫外波段），人们对手性结构的研究受到了阻碍。等离激元手性结构利用其自身等离激元能够增强电磁场从而达到放大和调控光场的性质，为进一步研究手性光效应与其应用开拓了广阔的前景。北京大学物理学院方哲宇课题组在该文章从不同的手性结构出发，介绍了等离激元手性结构的光学响应与特性，并对其应用发展等进行了分析。

文章从基本理论开始，讲述了自然界中的手性结构及其特性后，引入了不同维度的等离激元结构。得益于现代先进的加工工艺，利用自上而下和自下而上技术，科学家们合成加工了手性超分子，准二维平面与三维阵列等超结构。通过调控光与物质相互作用可以对其圆双折射，圆二色性，和圆转换二色性进行调制，进而实现多方面应用。比如，利用结构表面局域电磁场产生的力矩实现了通过光力调控的纳米电动机和光镊，和利用等离激元超灵敏特性可以实现对圆偏振光的探测和手性分子医药传感等。特别是，通过设计具有Pancharatnam-Berry phase手性超表面可实现具有消色差的高质量3D全息成像。

作者认为在今后的发展中，结合手性光学密度态近场成像，时间分辨的圆二色超快手段和手性阴极荧光探测技术可以探测到手性场中电子的弛豫过程和分布，从而挖掘更深层次的手性物理机制。通过结合新的技术，如微流控技术，可以实现更灵敏与精确的光学器件，应用到量子通信，医药科学和军事科学等重要领域中。

近年来，方哲宇课题组在表面等离激元二维材料与手性结构领域做了一系列工作，如通过表面等离激元实现二硫化钼单层结构的相变（Adv. Mater. 2014）；利用石墨烯量子点实现单层二硫化钼的光致荧光调控（Adv. Mater, 2015）; 等离激元法诺共振调控二维七聚体手性信号（Nano Lett., 2018）;金属-二硫化钼异质结界面等离激元诱导热电子超快特性研究（Adv. Funct. Mater. 2016）; 自旋轨道耦合调控的单层二硫化钼荧光发光器件（ACS Nano, 2017），利用多焦点金属超平面增强光学响应（Light Sci. Appl. 2017）；基于单层二硫化钼的单分子等离激元电光调制器（ACS Nano 2017）等等。

该工作于近期发表在Advanced Optical Materials（DOI:10.1002/adom.201700040）上。

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