據麥姆斯咨詢報道，近期，中國科學技術大學工程科學學院微納米工程實驗室在利用渦旋光檢測結構手性研究領域取得重要進展，發現光子軌道角動量可高效探測結構的光學手性信號。相關研究成果以Gigantic vortical differential scattering as a monochromatic probe for multiscale chiral structures為題，發表在PNAS上。

（A）渦旋光和（B）圓偏振光檢測手性結構示意圖。（C）對比圓二色性和渦旋差散射響應區域。（D）產生強手性信號時，渦旋光與結構的尺寸匹配關系。（E）渦旋光與手性結構作用示意圖。

手性結構廣泛存在在自然界中，如DNA雙螺旋結構、植物卷須和貝殼等。除了觀察物體的幾何形態，通過光與物質相互作用也可分辨其手性，如通過光子自旋角動量與物質相互作用，研究結構對左右旋圓偏振光的光學響應不同可以實現圓二色性譜的探測。那么，具有手性特征的光子軌道角動量能否用來檢測手性結構，以及如何獲得顯著的光學響應信號呢？

針對上述問題，該研究發現，通過匹配光束和手性結構的尺寸，渦旋光包含的螺旋相位（光子軌道角動量）可與手性微結構作用，從而產生顯著的渦旋差散射。研究顯示，渦旋差散射峰值所處的結構尺寸與操作波長關系區域位于之前圓二色性響應未探索的區域，且可實現單色光探測。此外，研究人員還探索了渦旋差散射譜與螺旋結構幾何尺寸的關系、增強手性分子檢測信號的手段。該技術有望為后續手性光與物質相互作用研究領域提供一種全新的探測方式。

中國科大工程科學學院微納米工程實驗室已畢業博士生倪勁成為論文第一作者，工程科學學院教授吳東和副教授胡衍雷、中國科大物理學院研究員黃坤、新加坡國立大學教授仇成偉為論文的通訊作者。研究工作得到中科院、國家自然科學基金和中國博士后科學基金等項目的資助。

責任編輯：lq