據(jù)麥姆斯咨詢報(bào)道，近期，中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)工程科學(xué)學(xué)院微納米工程實(shí)驗(yàn)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(jìn)展，發(fā)現(xiàn)光子軌道角動(dòng)量可高效探測結(jié)構(gòu)的光學(xué)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(yīng)區(qū)域。（D）產(chǎn)生強(qiáng)手性信號時(shí)，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(dòng)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(xué)響應(yīng)不同可以實(shí)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(dòng)量能否用來檢測手性結(jié)構(gòu)，以及如何獲得顯著的光學(xué)響應(yīng)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(dòng)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(yīng)未探索的區(qū)域，且可實(shí)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(qiáng)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(xué)學(xué)院微納米工程實(shí)驗(yàn)室已畢業(yè)博士生倪勁成為論文第一作者，工程科學(xué)學(xué)院教授吳東和副教授胡衍雷、中國科大物理學(xué)院研究員黃坤、新加坡國立大學(xué)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(xué)基金和中國博士后科學(xué)基金等項(xiàng)目的資助。

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