UT Austin郑跃兵Nano Lett.封面：固相可重构手性超材料

手性 (chirality) 普遍存在于我们日常生活中，例如人类的双手，以及许多氨基酸、蛋白质、糖和DNA等重要分子。手性超材料作为一种新兴光学材料，在许多领域具有重要应用，例如手性分子的检测与分离、光的偏振态操控以及各种生物医学工程等。最近，具有可调控手性的可重构手性超材料吸引起了极大的研究兴趣，可被用于各类多功能固相可调性光电器件。然而，在固体衬底上制备可重构手性超材料仍是一大挑战。

近日，美国德克萨斯大学奥斯汀分校（UT Austin）的郑跃兵教授课题组与纽约市立大学（CUNY）的Andrea Alù团队以及UT Austin的Brian Korgel和Donglei Fan团队合作报道了在固体衬底上组装可重构手性超材料，组装后的结构具有可调控的光学手性，并可用于手性分子的无标记识别。该工作发表在Nano Letters 上，并被选为封面文章，文章第一作者为李金刚和王明松。

图1. 封面图

该团队利用之前研发的“固相光学操控技术”（Nat. Commun., 2019, 10, 5672，点击阅读详细）在固体衬底上操控一个硅纳米颗粒，使其移动到一条硅纳米线附近，两者一同组成手性结构。通过进一步移动硅纳米颗粒，调节纳米颗粒与纳米线的相对位置，该结构的手性可以被任意调控，以实现手性的开关和反转（图2）。

图2. 组装可重构超材料的过程及其手性光学性质。LH左手手性结构；RH右手手性结构；Achiral：无手性结构。

该手性结构的手性响应来源于不同入射圆偏振光下硅纳米颗粒与硅纳米线的可调节耦合。由于手性材料是直接在固体衬底上组装而成，该结构与液相方法相比具有更好的结构稳定性。不同手性的生物分子附着在手性结构表面会对纳米颗粒与纳米线的耦合产生不同影响，基于此，研究人员通过判断分子附着在单个手性结构后的光学响应，实现了对不同手性的分子的无标记识别（图3），其探测精度可与传统光谱仪相媲美。

图3. 组装结构用于手性分子的无标记识别。

除手性分子检测外，组装后的可重构手性结构还在光学偏振转换、圆偏振光源发生器以及光学通讯等重要领域有潜在应用。

原文（扫描或长按二维码，识别后直达原文页面，或点此查看原文）：

Tunable Chiral Optics in All-Solid-Phase Reconfigurable Dielectric Nanostructures

Jingang Li, Mingsong Wang, Zilong Wu, Huanan Li, Guangwei Hu, Taizhi Jiang, Jianhe Guo, Yaoran Liu, Kan Yao, Zhihan Chen, Jie Fang, Donglei Fan, Brian A. Korgel, Andrea Alù,* Yuebing Zheng*

Nano Lett., 2021, 21, 973−979, DOI: 10.1021/acs.nanolett.0c03957

作者简介

郑跃兵，美国德克萨斯大学奥斯汀分校机械工程系终身教授。郑教授于2010年在宾夕法尼亚州立大学获工程科学与力学博士学位，于2010至2013年在加利福尼亚大学洛杉矶分校担任博士后研究员。其团队致力于纳米光子学的跨学科研究，包括纳米尺度下光与物质的相互作用，数字化纳米操控及加工，和用于生物医学的新型光学材料及器件。目前已在Nature Photonics, Nature Communications, Science Advances, Accounts of Chemical Research, Advanced Materials, Nano Letters, ACS Nano, Materials Today, Advanced Functional Materials等国际著名刊物上发表论文130余篇，论文引用逾6000次。

郑跃兵

https://www.x-mol.com/university/faculty/38310

课题组主页

https://zheng.engr.utexas.edu/