區(qū)分手性分子的能力在各個(gè)領(lǐng)域至關(guān)重要，傳統(tǒng)的旋光傳感方法通常依賴于笨重的設(shè)備和復(fù)雜的程序。然而，發(fā)表在《物理評(píng)論快報(bào)》的新研究提供了一種有前途的替代方案：基于超表面混合光腔。

超表面是由亞波長(zhǎng)納米結(jié)構(gòu)組成的工程表面，可以以非常規(guī)的方式操縱光。通過仔細(xì)設(shè)計(jì)這些納米結(jié)構(gòu)的幾何形狀和排列，科學(xué)家們可以實(shí)現(xiàn)對(duì)光的聚焦、散射和偏振控制等功能。與傳統(tǒng)的光學(xué)元件相比，這些元件的規(guī)模要小得多。另一方面，光學(xué)腔是將光限制在特定區(qū)域內(nèi)的鏡子排列。這種限制導(dǎo)致特定光頻率的放大，產(chǎn)生共振效應(yīng)。

基于超表面的混合腔結(jié)合了這兩種技術(shù)的獨(dú)特特性。傳統(tǒng)的腔體通常使用由電介質(zhì)或金屬等材料制成的笨重鏡子。在這里，超表面取代了傳統(tǒng)的鏡面，提供了幾個(gè)優(yōu)勢(shì)。首先，超表面可以設(shè)計(jì)得比傳統(tǒng)的反射鏡薄得多，從而使腔體小型化。其次，超表面復(fù)雜的納米結(jié)構(gòu)允許對(duì)腔內(nèi)光的特性進(jìn)行更大程度的控制。

這些腔體中使用的一種特定類型的超表面是量子超表面。它們是二維量子發(fā)射器陣列。這些量子發(fā)射器是微小的光源，與腔內(nèi)光場(chǎng)相互作用。發(fā)射器與受限光之間的這種相互作用導(dǎo)致了一種稱為強(qiáng)耦合的現(xiàn)象，其中光和發(fā)射器的特性相互交織。

基于超表面的腔體用于旋光傳感的一個(gè)關(guān)鍵方面是它們具有手性保持能力。手性指的是圓偏振光的“旋向性”，它可以是右旋的，也可以是左旋的。傳統(tǒng)的空腔不能區(qū)分這兩種類型的光，然而通過精心設(shè)計(jì)超表面并加入外部磁場(chǎng)，科學(xué)家們可以創(chuàng)造出只允許特定手性的光在其中有效共振的空腔。這種選擇*行為成為檢測(cè)手性分子的關(guān)鍵。

當(dāng)一個(gè)手性分子被引入一個(gè)保持手性的腔時(shí)，它會(huì)與里面的光場(chǎng)相互作用。這種相互作用會(huì)引起透射光相位的輕微偏移，這取決于分子的手性是否與腔的共振相匹配。通過高精度測(cè)量這種相移，研究人員不僅可以檢測(cè)手性分子的存在，還可以潛在地識(shí)別它們的特定手性。

基于超表面的腔體用于旋光傳感具有許多優(yōu)勢(shì)。與傳統(tǒng)方法相比，這些腔體提供了顯著的小型化，有可能導(dǎo)致緊湊和便攜的傳感設(shè)備。此外，腔體內(nèi)強(qiáng)耦合可以增強(qiáng)來自手性分子的信號(hào)，從而可以檢測(cè)到極少量的分子。

基于超表面的旋光傳感領(lǐng)域仍處于起步階段，但它在各個(gè)應(yīng)用領(lǐng)域具有巨大的前景。一個(gè)潛在的領(lǐng)域是新藥的開發(fā)，許多藥物是手性的，它們的有效性取決于其具體的手性。這些腔體可用于快速篩選和識(shí)別候選藥物的所需手性形式。

另一個(gè)令人興奮的應(yīng)用領(lǐng)域在于材料科學(xué)。手性材料用于各種技術(shù)，例如有機(jī)發(fā)光二極管 (OLED) 和太陽能電池。基于超表面的腔體可以提供一種高靈敏的工具來表征這些材料的手性，有助于開發(fā)下一代設(shè)備。