物理学家提出了一种检测手性的新方法

区分手性分子的能力在各个领域至关重要，传统的旋光传感方法通常依赖于笨重的设备和复杂的程序。然而，发表在《物理评论快报》的新研究提供了一种有前途的替代方案：基于超表面混合光腔。

超表面是由亚波长纳米结构组成的工程表面，可以以非常规的方式操纵光。通过仔细设计这些纳米结构的几何形状和排列，科学家们可以实现对光的聚焦、散射和偏振控制等功能。与传统的光学元件相比，这些元件的规模要小得多。另一方面，光学腔是将光限制在特定区域内的镜子排列。这种限制导致特定光频率的放大，产生共振效应。

基于超表面的混合腔结合了这两种技术的独特特性。传统的腔体通常使用由电介质或金属等材料制成的笨重镜子。在这里，超表面取代了传统的镜面，提供了几个优势。首先，超表面可以设计得比传统的反射镜薄得多，从而使腔体小型化。其次，超表面复杂的纳米结构允许对腔内光的特性进行更大程度的控制。

这些腔体中使用的一种特定类型的超表面是量子超表面。它们是二维量子发射器阵列。这些量子发射器是微小的光源，与腔内光场相互作用。发射器与受限光之间的这种相互作用导致了一种称为强耦合的现象，其中光和发射器的特性相互交织。

基于超表面的腔体用于旋光传感的一个关键方面是它们具有手性保持能力。手性指的是圆偏振光的“旋向性”，它可以是右旋的，也可以是左旋的。传统的空腔不能区分这两种类型的光，然而通过精心设计超表面并加入外部磁场，科学家们可以创造出只允许特定手性的光在其中有效共振的空腔。这种选择*行为成为检测手性分子的关键。

当一个手性分子被引入一个保持手性的腔时，它会与里面的光场相互作用。这种相互作用会引起透射光相位的轻微偏移，这取决于分子的手性是否与腔的共振相匹配。通过高精度测量这种相移，研究人员不仅可以检测手性分子的存在，还可以潜在地识别它们的特定手性。

基于超表面的腔体用于旋光传感具有许多优势。与传统方法相比，这些腔体提供了显著的小型化，有可能导致紧凑和便携的传感设备。此外，腔体内强耦合可以增强来自手性分子的信号，从而可以检测到极少量的分子。

基于超表面的旋光传感领域仍处于起步阶段，但它在各个应用领域具有巨大的前景。一个潜在的领域是新药的开发，许多药物是手性的，它们的有效性取决于其具体的手性。这些腔体可用于快速筛选和识别候选药物的所需手性形式。

另一个令人兴奋的应用领域在于材料科学。手性材料用于各种技术，例如有机发光二极管 (OLED) 和太阳能电池。基于超表面的腔体可以提供一种高灵敏的工具来表征这些材料的手性，有助于开发下一代设备。