近日，莊松林院士領(lǐng)導(dǎo)的未來光學(xué)國際實(shí)驗(yàn)室納米光子學(xué)團(tuán)隊(duì)在局域超手性光場(chǎng)研究領(lǐng)域取得突破性進(jìn)展。
手性是物體的三維特征，具有手性的物體的鏡像與其本身無法重合。組成生命體的許多重要分子，如核酸、氨基酸和酶等都是手性分子。同時(shí)，許多藥物的有效成分也均為手性分子，手性相反的同分異構(gòu)體可能具有完全不同的生物活性，甚至一種手性分子具有治療效果，而具有相反手性的分子卻會(huì)對(duì)人體產(chǎn)生毒性。因此對(duì)手性藥物分子必須進(jìn)行嚴(yán)格的識(shí)別和分離。
由于圓偏光也具有手性，圓偏二色測(cè)量被廣泛用于分子手性的分析。但分子結(jié)構(gòu)尺寸在納米量級(jí)，而光波長為百納米量級(jí)，兩者在尺度上的失配導(dǎo)致傳統(tǒng)的圓偏二色測(cè)量技術(shù)通常是對(duì)某個(gè)特定區(qū)域的大量分子平均手性進(jìn)行分析，無法對(duì)樣品進(jìn)行高空間分辨率測(cè)量。2010年，哈佛大學(xué)A. E. Cohen等提出采用手性大于圓偏振光的光場(chǎng)（即超手性光場(chǎng)）顯著增強(qiáng)手性信號(hào)，然而實(shí)現(xiàn)高度局域化的超手性光場(chǎng)尚無報(bào)道。
未來光學(xué)國際實(shí)驗(yàn)室納米光子學(xué)團(tuán)隊(duì)利用強(qiáng)聚焦系統(tǒng)光子軌道角動(dòng)量與自旋角動(dòng)量相互耦合的特性，經(jīng)過適當(dāng)?shù)墓鈱W(xué)偏振調(diào)制，發(fā)現(xiàn)了在圓偏振光入射下產(chǎn)生高度局域化的超手性光場(chǎng)方法。研究表明，在聚焦透鏡焦點(diǎn)可以在λ/25（光波長的25分之一）的尺度內(nèi)實(shí)現(xiàn)11.9倍于圓偏振光的光場(chǎng)手性增強(qiáng)。使用這一高度局域的超手性光場(chǎng)對(duì)手性樣品進(jìn)行掃描，能夠獲得遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過光學(xué)系統(tǒng)空間分辨率的分子手性及其在空間上分布的信息。更為重要的是本文提出的方法與傳統(tǒng)圓偏二色測(cè)量方法兼容，該技術(shù)將為無標(biāo)記分子成像技術(shù)提供新的技術(shù)路線，在生物、醫(yī)藥等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。此研究成果發(fā)表于國際權(quán)威刊物物理學(xué)評(píng)論快報(bào)（H. Hu, Q. Gan, and Q. Zhan, Phys. Rev. Lett, 122, 223901 (2019)）。本項(xiàng)工作得到光電學(xué)院、科技處和人事處的大力支持。
深亞波長尺度的局域超手性光場(chǎng)效果圖
供稿：光電學(xué)院
