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本报讯（见习记者王敏）中国科学技术大学教授陈杨、哈尔滨工业大学深圳校区教授肖淑敏与新加坡国立大学教授仇成伟合作，在介质超表面中引入微小倾斜扰动，首次实现并观测到具有极致内禀手性的连续域中束缚态，在光学波段同时得到高达0.93的圆二色谱信号和高达2663的光学品质因子，显著增强了光与物质的手性相互作用。这项研究在手性光学领域具有广泛的应用前景。研究成果日前发表于《自然》。
当一个物体无法通过旋转、平移等操作与其镜像体相重合时，该物体即具有手性。陈杨介绍：“手性在自然界中广泛存在。研究物质手性不仅有助于探索生命的起源之谜，而且在疾病诊断、药物开发、食品化妆品等领域具有重要应用价值。”
手性连续域中束缚态是一种具有极致内禀手性和高品质因子的奇异光学态。尽管国际知名研究组先后从理论上研究了这种光学态，但由于结构设计难以在实验上实现，工作仍停留在理论阶段。此次研究中，合作团队创新性提出利用结构倾斜打破二氧化钛介质超表面的面外镜面对称，并结合面内的梯形纳米孔设计，实现了三维真手性结构，同时基于微观模型和手性光学的一般性理论清晰揭示了这种设计的物理机理。
为了制备这种倾斜纳米孔超表面，研究人员开发了一套倾斜反应离子刻蚀工艺，利用射频源发射并经过准直的离子束对置于倾斜基底上的样品进行刻蚀，实现了对纳米孔倾斜角的精准控制，并在整个超表面区域表现出很好的一致性。实验测得该超表面的圆二色谱高达0.93，接近极限值1，而光学品质因子则高达2663，比现有手性超材料高出一个数量级以上。
此次开发的手性连续域中束缚态超表面体系能显著增强光与物质的手性相互作用，在手性光源与光探测器、手性物质的痕量检测、非对称光催化等领域有广阔应用前景。
《自然》审稿人称，“这项成果代表了手性光学领域的重要突破”“该工作能取得如此高的品质因子和强手性光学响应，令人印象非常深刻”。
相关论文信息：
https://doi.org/10.1038/s41586-022-05467-6
