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手性超表面研究进展

1. 研究背景

- 背景介绍: 手性描述几何结构或某些物理量中的镜像对称性破缺。手性结构与手性光的相互作用为研究物质的手性提供了丰富的手段。近年来，光学手性超表面作为由亚波长手性元胞组成的平面或准平面光子器件出现，对具有相反旋向性的圆偏振光提供独特的光学响应。光学超表面的手性光学效应表现在圆偏振基下的吸收、散射甚至发射光谱中。本次报告介绍了手性光学的研究背景；不同类型的手性光学效应的基本原理，包括三维/二维光学手性和本征/外在光学手性；三维/二维共振手性超表面的研究进展，特别是具有超高质量因子的连续超表面中的手性束缚态，这对手性分子传感和手性光源尤为重要。 - 研究动机: 报告总结目前手性超表面的研究进展

2. 报告内容

1、手性光学的应用: 手性物体在自然界广泛存在，例如DNA和蛋白质。手性物体或体系被定义为其结构与其镜像(对映体)不重叠的物体或体系。虽然它们的大部分物理性质是相同的，但手性物体及其对映体可能表现出不同的响应，因此手性光学在药物研制、化学分析、生物检测、光学通讯等领域具有广泛的应用。天然材料通常由于其原子特征尺寸和光波长之间的巨大失配而表现出非常弱的手性，但是人工设计的手性结构可以观察到强烈的手性响应。

2、手性光学响应的基本原理: 几何手性一种定性的二元性质，我们可以直接从一个物体的几何形状来判断它是否具有手性。相比之下，手性光学效应是可以定量测量的。一些常用的测量手性光学现象包括光学旋转色散(ORD)，通过偏振旋转的程度来测量，以及圆二色性(CD)，左圆偏振光(LCP)和右圆偏振光(RCP)的吸收差异。虽然手性本身是一种定性性质，但手性光学系统可以通过手性光学参数进行定量建模，对于LCP或RCP光，当波传播时，手性特性来自旋转的电场和磁场，手性超表面通过设计结构单元手性光学参数来实现对LCP或RCP光耦合形成差异，进而产生手性光学响应。通过对超表面结构维度和入射角度的分类整理我们对手性超表面进行了分类整理。

3、手性超表面进展: 我们将目前的手性超表面工作整理分类为二维、三维、准二维手性共振超表面和具有高Q因子的二维、三维手性BIC超表面以及具有强近场手性的超表面。其中在全息技术中，宽带手性超表面实现了更复杂、高分辨率的小型化显示系统和全息图，标志着全息技术的重大进步。手性BIC超表面在手性传感、非线性光学和手性光发射等领域的应用显示了其多方面的潜力和意义。在手性传感中，这些超表面具有高q因子和强局域电磁场，可以显著提高灵敏度，特别适用于生物分子和化学物质的精确检测。总的来说，手性超表面的未来发展轨迹包括开发具有实时可调和可重构能力的超表面，发射高纯度的手性光，以及对手性分子的高精度检测。

　报告人：罗猜