據(jù)麥姆斯咨詢報道，近期，中國科學技術(shù)大學工程科學學院微納米工程實驗室在利用渦旋光檢測結(jié)構(gòu)手性研究領(lǐng)域取得重要進展，發(fā)現(xiàn)光子軌道角動量可高效探測結(jié)構(gòu)的光學手性信號。相關(guān)研究成果以Gigantic vortical differential scattering as a monochromatic probe for multiscale chiral structures為題，發(fā)表在PNAS上。

（A）渦旋光和（B）圓偏振光檢測手性結(jié)構(gòu)示意圖。（C）對比圓二色性和渦旋差散射響應區(qū)域。（D）產(chǎn)生強手性信號時，渦旋光與結(jié)構(gòu)的尺寸匹配關(guān)系。（E）渦旋光與手性結(jié)構(gòu)作用示意圖。

手性結(jié)構(gòu)廣泛存在在自然界中，如DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)、植物卷須和貝殼等。除了觀察物體的幾何形態(tài)，通過光與物質(zhì)相互作用也可分辨其手性，如通過光子自旋角動量與物質(zhì)相互作用，研究結(jié)構(gòu)對左右旋圓偏振光的光學響應不同可以實現(xiàn)圓二色性譜的探測。那么，具有手性特征的光子軌道角動量能否用來檢測手性結(jié)構(gòu)，以及如何獲得顯著的光學響應信號呢？

針對上述問題，該研究發(fā)現(xiàn)，通過匹配光束和手性結(jié)構(gòu)的尺寸，渦旋光包含的螺旋相位（光子軌道角動量）可與手性微結(jié)構(gòu)作用，從而產(chǎn)生顯著的渦旋差散射。研究顯示，渦旋差散射峰值所處的結(jié)構(gòu)尺寸與操作波長關(guān)系區(qū)域位于之前圓二色性響應未探索的區(qū)域，且可實現(xiàn)單色光探測。此外，研究人員還探索了渦旋差散射譜與螺旋結(jié)構(gòu)幾何尺寸的關(guān)系、增強手性分子檢測信號的手段。該技術(shù)有望為后續(xù)手性光與物質(zhì)相互作用研究領(lǐng)域提供一種全新的探測方式。

中國科大工程科學學院微納米工程實驗室已畢業(yè)博士生倪勁成為論文第一作者，工程科學學院教授吳東和副教授胡衍雷、中國科大物理學院研究員黃坤、新加坡國立大學教授仇成偉為論文的通訊作者。研究工作得到中科院、國家自然科學基金和中國博士后科學基金等項目的資助。

責任編輯：lq