近日，庄松林院士领导的未来光学国际实验室纳米光子学团队在局域超手性光场研究领域取得突破性进展。
手性是物体的三维特征，具有手性的物体的镜像与其本身无法重合。组成生命体的许多重要分子，如核酸、氨基酸和酶等都是手性分子。同时，许多药物的有效成分也均为手性分子，手性相反的同分异构体可能具有完全不同的生物活性，甚至一种手性分子具有治疗效果，而具有相反手性的分子却会对人体产生毒性。因此对手性药物分子必须进行严格的识别和分离。
由于圆偏光也具有手性，圆偏二色测量被广泛用于分子手性的分析。但分子结构尺寸在纳米量级，而光波长为百纳米量级，两者在尺度上的失配导致传统的圆偏二色测量技术通常是对某个特定区域的大量分子平均手性进行分析，无法对样品进行高空间分辨率测量。2010年，哈佛大学A. E. Cohen等提出采用手性大于圆偏振光的光场（即超手性光场）显著增强手性信号，然而实现高度局域化的超手性光场尚无报道。
未来光学国际实验室纳米光子学团队利用强聚焦系统光子轨道角动量与自旋角动量相互耦合的特性，经过适当的光学偏振调制，发现了在圆偏振光入射下产生高度局域化的超手性光场方法。研究表明，在聚焦透镜焦点可以在λ/25（光波长的25分之一）的尺度内实现11.9倍于圆偏振光的光场手性增强。使用这一高度局域的超手性光场对手性样品进行扫描，能够获得远远超过光学系统空间分辨率的分子手性及其在空间上分布的信息。更为重要的是本文提出的方法与传统圆偏二色测量方法兼容，该技术将为无标记分子成像技术提供新的技术路线，在生物、医药等领域具有广阔的应用前景。此研究成果发表于国际权威刊物物理学评论快报（H. Hu, Q. Gan, and Q. Zhan, Phys. Rev. Lett, 122, 223901 (2019)）。本项工作得到光电学院、科技处和人事处的大力支持。
深亚波长尺度的局域超手性光场效果图
