西北工业大学梅霆、孙立勋课题组AOM：基于长程表面等离激元共振的手性传感原理

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论文信息

研究简述

分子手性是指某些分子在空间中具有不对称的特性，其重要性体现在对分子性质及其相互作用的影响。手性分子通常表现出与其镜像分子截然不同的物理和化学性质以及生物活性。深入理解这一现象对于分子识别、药物设计以及复杂生物系统的行为研究至关重要。巴斯德参数（Pasteur parameter, κ）被用来定量描述电磁场与手性分子之间的相互作用，该参数直接影响手性材料中圆偏振光的传播和吸收特性，例如旋光性和圆二色性等。由于手性信号通常较为微弱，研究中常通过延长光与手性物质相互作用的路径或增强局部手性场强度来放大信号。然而，手性测量仍面临诸多挑战，例如，延长光程可能伴随吸收和散射损耗的增加，而纳米结构固有的手性响应则可能限制对分子手性强弱的精确表征。克服这些限制对于推动手性测量技术的发展具有重要意义，特别是在纳米光学和生物传感等领域的应用中。

西北工业大学梅霆教授、孙立勋副教授课题组提出一种利用对称平面波导结构中长程表面等离激元（LRSPPs）进行手性分子巴斯德参数定量测量的方法。该方法通过分析手性分子对LRSPPs共振和偏振特性的影响，解调并测量左、右旋圆偏振反射光谱的相对偏移量，实现对巴斯德参数的精确标定。由于激发结构本身不具备光学手性，这种光谱变化直接反映了分子巴斯德参数的大小，精度优于1×10^-5量级。该方法不仅能够辨别分子手性的符号和强弱，同时不受分子折射率或吸收变化引起的光谱漂移影响，为手性分子的精准测量提供了可靠手段。相关结果发表在Advanced Optical Materials上。

研究人员首先阐释了电磁波在手性介质中分别以左、右旋圆偏光进行传播的固有特性，并基于这一性质建立多层平面波导模型来设计调控LRSPP激发，同时分析反射光谱变化与分子手性之间的对应关系。随后，通过光波导理论对LRSPP模式的电磁场分布特征进行解析，并模拟了巴斯德参数变化对光学手性分布的影响，从而揭示了这一原理在分子手性传感中的作用机制。研究进一步表明，与常规SPPs相比，基于LRSPPs的手性测量在巴斯德参数、旋光角等指标的分辨率方面具有显著提升。这项工作有望启发新型手性传感技术发展，并为分析化学和生物相互作用应用提供无标记检测手段。

期刊简介

Advanced Optical Materials是一个国际性的、跨学科的论坛，针对材料科学的同行评审论文，重点关注光-物质相互作用的各个方面。致力于光子学、等离子体、超材料等领域的突破性发现和基础研究。

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