研究簡述
分子手性是指某些分子在空間中具有不對稱的特性，其重要性體現在對分子性質及其相互作用的影響。手性分子通常表現出與其鏡像分子截然不同的物理和化學性質以及生物活性。深入理解這一現象對于分子識別、藥物設計以及復雜生物系統的行為研究至關重要。巴斯德參數（Pasteur parameter, κ）被用來定量描述電磁場與手性分子之間的相互作用，該參數直接影響手性材料中圓偏振光的傳播和吸收特性，例如旋光性和圓二色性等。由于手性信號通常較為微弱，研究中常通過延長光與手性物質相互作用的路徑或增強局部手性場強度來放大信號。然而，手性測量仍面臨諸多挑戰，例如，延長光程可能伴隨吸收和散射損耗的增加，而納米結構固有的手性響應則可能限制對分子手性強弱的精確表征。克服這些限制對于推動手性測量技術的發展具有重要意義，特別是在納米光學和生物傳感等領域的應用中。
西北工業大學梅霆教授、孫立勛副教授課題組提出一種利用對稱平面波導結構中長程表面等離激元（LRSPPs）進行手性分子巴斯德參數定量測量的方法。該方法通過分析手性分子對LRSPPs共振和偏振特性的影響，解調并測量左、右旋圓偏振反射光譜的相對偏移量，實現對巴斯德參數的精確標定。由于激發結構本身不具備光學手性，這種光譜變化直接反映了分子巴斯德參數的大小，精度優于1×10-5量級。該方法不僅能夠辨別分子手性的符號和強弱，同時不受分子折射率或吸收變化引起的光譜漂移影響，為手性分子的精準測量提供了可靠手段。相關結果發表在Advanced Optical Materials上。
研究人員首先闡釋了電磁波在手性介質中分別以左、右旋圓偏光進行傳播的固有特性，并基于這一性質建立多層平面波導模型來設計調控LRSPP激發，同時分析反射光譜變化與分子手性之間的對應關系。隨后，通過光波導理論對LRSPP模式的電磁場分布特征進行解析，并模擬了巴斯德參數變化對光學手性分布的影響，從而揭示了這一原理在分子手性傳感中的作用機制。研究進一步表明，與常規SPPs相比，基于LRSPPs的手性測量在巴斯德參數、旋光角等指標的分辨率方面具有顯著提升。這項工作有望啟發新型手性傳感技術發展，并為分析化學和生物相互作用應用提供無標記檢測手段。
期刊簡介
Advanced Optical Materials是一個國際性的、跨學科的論壇，針對材料科學的同行評審論文，重點關注光-物質相互作用的各個方面。致力于光子學、等離子體、超材料等領域的突破性發現和基礎研究。
