超材料显著提高手性纳米粒子的信号

       镜像世界中，左手是实际的右手，而右手是实际的左手，手性的概念随之产生，即一个物体不能与其镜像相重合的性质。由于手性分子可以使药物具有毒性，所以手性分子是药物研究中的一个重要内容。

图1 光子与手性纳米分子相互作用的艺术效果图。（图片来源：ACS Photonics）

        这些分子和镜面对称的分子具有相同的物理性质，因此无法用普通的光学分析手段加以区分。反而偏振光——向不同方向旋转——必须要利用起来。此外，当分子尺度小于光的波长时，光子与分子之间的手性相互作用非常弱，这增加了测量难度。

       韩国浦项科技大学（以下简称POSTECH）机械工程系Junsuk Rho教授和化学工程系Jungho Moon教授团队，与首尔国立大学材料科学与工程系Ki Tae Nam教授和Hyeohn Kim博士以及德国帕德博恩大学Thomas Zentgraf教授相互合作，共同开发了一种技术，利用超材料，即隐形斗篷材料，增强光子与纳米粒子之间的手性相互作用。

       一般来说，当光照射在手性纳米粒子上时会产生信号，但信号强度很弱。因此，必须收集多个纳米颗粒以测量较强的平均信号。为了克服这个问题，该跨国团队成功地利用超材料人工合成一种手性材料，大幅度地增强信号。

       该团队测量了这种新型手性纳米粒子的手性线性散射和二次谐波产生（又称倍频，以下简称SHG）散射。SHG是一种放大光子频率的现象，两个具有相同频率的光子与非线性材料相互作用，光子相互结合从而产生新的光子，其频率（2ω）是初始光子频率（ω, omega）的两倍。大多数手性纳米粒子发射出微弱的SHG信号，比较难探测到。

       那么，该团队开发的手性纳米粒子的SHG信号的实验值为线性条件下的10倍，这有利于高精度测量单个纳米粒子的镜面对称性以及少量的手性材料，并有助于未来手性纳米粒子的精确结构分析。

       以上研究成果发表在期刊《ACS Photonics》。

[1] Spreyer F, Mun J, Kim H, et al. Second Harmonic Optical Circular Dichroism of Plasmonic Chiral Helicoid-III Nanoparticles[J]. ACS photonics, 2022, 9(3): 784-792.