近日，美国东北大学刘咏民教授团队与南京大学徐挺教授团队在《Physical Review Letters》上发表了一项重要研究成果，提出了一种利用准束缚态（quasi-BIC）显著提升光力在手性分子筛选中效率的新方法。这一创新技术有望在生物医学、化学研究等领域中发挥重要作用。
此项研究中，研究团队提出了一种基于纳米光子学的新方法，通过调控硅双柱纳米结构超表面中的准束缚态（quasi-BIC）来增强手性光力（图1所示），从而实现手性分子的高效分离。具体而言，研究人员精确设计了硅双柱的纳米结构，以实现准束缚态环形偶极模式和电四极模式之间的反交叉现象。在反交叉点，超表面中局域电场和磁场的分布产生了显著的空间重叠效应，极大地增强了超手性场（superchiral fields）的强度，实现了双纳米柱中带隙区域平均超手性场高达1300倍的增强。
图1 硅纳米柱结构超表面中的quasi-BIC模式
通过这种设计，研究团队发现在反交叉点频率的圆偏振光入射的情况下，该超表面在局部可实现超手性场达到10^4的增强效果。这极大地提升了手性光力的强度，并实现了在反交叉点上超表面结构中纯净的光势阱分布（图2e,2h），理论上实现手性分子的精确操控和有效分离（图2）。
图2 超表面的超手性场以及手性光势场分布
随后，动力学仿真结果也显示（图3），在圆偏振光的照射下，该超表面能够有效筛选手性对映体，实现这对手性分子的空间分离。如图3b所示，左旋圆偏振光照射下超表面会吸引蓝色的右手性小球，同时排斥红色的左手性小球，反之亦然。
图3 超表面中对映体的分离效果
这一研究成果展示了超表面在纳米尺度上控制光场与物质相互作用的巨大潜力，为光学手性分子筛选和识别领域带来了新的希望。未来，研究团队将继续探索基于纳米光子学的手性光力增强技术，并尝试将这一技术应用于更广泛的科学领域，为解决更多复杂的化学和生物问题提供新的工具。
东北大学联合培养博士生金仁超（现为南京大学现代工程与应用科学学院博士后）为论文第一作者，东北大学刘咏民教授和南京大学徐挺教授为论文通讯作者，本工作也受到了南京大学陆延青教授的倾力指导。
论文链接：
https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.133.086901
