紧聚焦涡旋光束的局域光学手性分析

基于Richards-Wolf矢量衍射理论推导出了不同极化态下紧聚焦涡旋光束电磁场分量表达式,引入光学手性密度和超手性因子,数值模拟了束腰半径、偏振状态和拓扑荷数对紧聚焦涡旋光束局域手性的影响。模拟结果表明,当束腰半径等于高数值孔径透镜的焦距时,紧聚焦涡旋光束具有最显著的手性特征,拓扑荷数对紧聚焦涡旋光束局域手性有显著的影响,径向极化聚焦涡旋光束有更明显的局域手性增强效果。

手性光学开关研究

手性是自然界的普遍现象,有关超分子手性的研究由于超分子体系中分子间非共价相互作用的可调性逐渐引起了人们的研究兴趣。本文综述了手性光学开关研究的最新进展,介绍了如何设计分子体系,由手性分子制备手性光学开关;基于超分子思想,介绍了由非手性分子参与形成的手性光学开关,并最终制备出完全由非手性分子组装得到的手性光学开关。

光学活性和手性光谱的溯源和发展

概述了19世纪以来光学活性和手性光谱的发现和发展,着重对旋光色散(ORD)、电子圆二色(ECD)和振动圆二色(VCD)光谱的发展背景和基本原理作出介绍。其中特别提及华人科学家徐光宪和徐云洁在手性光谱发展历程中的杰出贡献。

基于手性聚噻吩嵌段共聚物的圆偏振光探测器

手性有机半导体由于具有光谱可调和易于加工的优点,在小型化和集成化的圆偏振光检测中具有广泛的应用前景。本文通过控制手性异腈(PPI)的加入合成了聚(3-己基噻吩-嵌段-聚(苯基异氰))(P3HT80和P3HT80-PPI(L)30)。实验结果证明了两种半导体聚合物被成功合成。测试了两种半导体聚合物的光学特性,发现嵌段聚合物P3HT80-PPI(L)30具有手性光学活性。制备了基于有机场效应晶体管的圆偏振光探测器,研究器件对于450 nm的圆偏振光旋向的区分性能。实验结果表明,手性异腈(PPI)的加入虽然降低了P3HT80的电学性能,但引入了手性光学活性,使基于P3HT80-PPI(L)30制备的器件能够区分圆偏振光的旋向,并且在450 nm的光电流不对称因子gres达到了0.083。

基于聚焦离子束纳米剪纸/折纸形变的三维微纳制造技术及其光学应用

高精度的三维微纳制造技术是现代光电子学和微纳光子学发展的重要基础之一,是实现下一代微纳光子集成器件的重要前提.纳米尺度的剪纸和折纸技术由于能够实现丰富的三维形变,正发展成为一门新兴的研究领域.本文系统地介绍了一种新型的片上三维微纳加工方法基于聚焦离子束的纳米剪纸/折纸技术.该技术利用聚焦离子束辐照具有不同拓扑形貌的自支撑膜片,可实现优于50 nm精度、前所未见的三维形状变换,包括片上、实时的多向折叠、弯曲、扭曲等形变.提出了“树型”纳米剪纸和“闭环”纳米剪纸两种类型的加工方法,并针对不同类型的工艺特性和优缺点进行分析对比.利用全局扫描纳米剪纸技术制备的闭环纳米结构实现了独特的光学效应,包括超光学手性、超构表面衍射、相位和偏振调控以及光子自旋霍尔效应等.研究结果表明,纳米剪纸/折纸形变技术在保持结构复杂性和功能性的同时,可实现高精度、原位、片上、一步成型的三维微纳加工,可望为三维微纳光子器件的设计、制备和应用提供一类新的设计方法和技术途径,乃至为相关微纳光学、微电子、微机电系统、生物医学等领域的发展提供新颖的加工平台.

等腰直角三角形光阱中的电子束手性衍射辐射

电子束衍射辐射源具有体积小、波长可调和极化可控等优点,在纳米光子电路中显示出巨大的应用潜力.这里展示了等腰直角三角形光阱纳米结构中电子束衍射辐射的光学手性现象,可以获得手性度高于40%的衍射辐射信号,光学手性的状态能被有效调控,甚至可以实现手性的反转.通过详细分析体系中的真空电磁模式和电荷分布的动态变化,为这种手性光学效应的产生提供合理的理论解释.电子束激发源所具有的纳米尺度下聚焦和移动的优势使电子束衍射辐射的光学手性具有灵活的调节潜力.本文提出的物理机制和独特的实验平台对于未来二进制纳米光子电路和手性纳米光源的发展具有重要意义.

方形(S,S,S,S)手性环芳烃的紫外吸收光谱和圆二色谱的量子化学研究

采用密度泛函理论研究了方形(S,S,S,S)手性环芳化合物的紫外吸收光谱(UV-Vis)和电子圆二色谱(ECD),从微观角度分析了产生UV-Vis、ECD谱吸收的分子轨道电子跃迁情况,解释了分子结构与光学活性的关系.

手性等离激元纳米晶制备技术的研究进展

生命体中大部分生物分子都具有手性。生物分子的手性构象与等离激元纳米晶的局域表面等离激元共振(LSPR)通过偶极子-偶极子耦合作用,在其LSPR的位置会诱导出一个新的圆二色吸收光谱,具有这种光学活性的等离激元纳米晶称为手性等离激元纳米晶。手性等离激元纳米晶的光学响应信号的稳定性和可重复性都比较高,广泛应用在生物传感、化学传感、圆偏振器、光催化、癌症治疗等领域。手性等离激元纳米晶的制备技术一直是该领域的研究热点。然而,通过将手性分子直接吸附在等离激元纳米晶表面的方式所诱导的手性光学响应信号非常弱,故本综述聚焦于手性等离激元纳米晶的其他制备技术,包括通过手性分子或者软模板组装技术获得手性等离激元超结构;湿化学法将手性分子嵌入到单个纳米晶当中制备出核-壳型手性等离激元纳米晶,或者将手性分子的手性构象传递到无机纳米材料的结构当中制备出单个螺旋型手性等离激元纳米晶等。基于目前对手性等离激元纳米晶的最新研究进展,对其纳米制备技术作了进一步的总结和展望。

L-苏氨酸卟啉锌配合物结构及ECD谱理论研究

采用密度泛函理论(DFT)方法和极化连续介质模型(PCM),在B3LYP和混合基组(C,H原子采用6-31G(d);Zn、N、O采用6-311++G(2d,p))水平对L-苏氨酸卟啉锌(L-Thr-TPPZnII)的基态几何构型进行了优化;以优化得到的稳定构型为基础,采用含时密度泛函理论(TD-DFT)方法,在相同基组水平进行了电子圆二色谱(ECD)研究,根据计算获得的电子跃迁吸收波长(λ)和电子旋转强度(R)拟合得到了ECD谱.除吸收峰位置有一定的蓝移外,计算获得的ECD谱带形与实验谱基本吻合.通过跃迁性质分析对实验光谱进行了理论解析.理论研究发现L-Thr-TPP ZnII的ECD谱吸收带主要来源于分子内的π→π*的荷移跃迁.353 nm处的负性Cotton效应具有明显的分子内电子转移特征,电子从卟啉环向氨基酸残基转移.

基于手性等离激元超表面的生化检测技术研究进展

超表面由亚波长尺度的人工微纳结构组成,可增强共振波长下光与物质的相互作用,并提高近场生化分子的信号强度。其中,手性等离激元超表面可稳定有效地增强手性分子的手性信号,有助于实现对痕量分子的检测。为满足生物、化学、环境等诸多领域对检测器件的高分辨率和高灵敏度要求,基于手性等离激元超表面的生化检测技术研究日益丰富。作者综述了手性等离激元超表面生化检测的机制及手性等离激元超表面的研究进展。在生化检测方面,作者介绍了手性等离激元超表面在环境介质检测、手性检测、荧光检测及表面增强拉曼检测中的典型应用。最后,作者对手性等离激元超表面在生化检测领域的应用前景进行了展望。

天然产物绝对构型的测定

确定手性分子的绝对构型对了解手性分子在生物体系中的功能有非常重要的意义 .手性光学法和核磁共振法为确定天然产物绝对构型和构象的有力工具 。

基于偶氮苯聚合物的超分子手性开关

手性聚合物的研究对于理解生命过程和制备智能材料具有重要的指导意义.作为一类典型的光响应性发色团,将偶氮苯基团引入到手性聚合物体系中,能够赋予聚合物光手性开关特性.相比于传统的利用手性单体共价聚合的方式,利用超分子手段实现聚合物手性诱导是一种更为简便、高效、智能、廉价的方式.本文从偶氮苯基手性聚合物的构筑方法入手,介绍不同构筑策略对于超分子手性开关行为的影响,并且总结了不同构筑策略的优势与特点.最后指出在偶氮苯基聚合物的超分子手性开关领域存在的关键科学问题和未来研究中的挑战.

多肽超分子手性自组装与应用

多肽分子作为一类重要的生物手性小分子,能够通过分子自组装形成包括纳米螺旋、纳米管、手性凝胶等在内的有着独特生物效应和光学活性的手性纳米材料。这类材料具有易于功能化修饰的优点,在化学、生物、医药、材料科学等领域有着广泛应用,成功对多肽手性自组装结构进行精准多级调控,是进一步实现其功能化应用的基础。本文重点介绍了多肽分子氨基酸序列组成与构型等内部因素,以及溶液pH、溶剂、添加剂等外界因素对多肽分子手性自组装行为的影响,并归纳得出其关键作用机制;同时,还介绍了多肽手性自组装材料在手性催化、手性检测、模板合成、手性光学等领域的应用。

含七元碳环的多环芳烃的合成及其光电磁功能

非苯型多环芳烃(polycyclic aromatic hydrocarbons,PAHs)具有不同于苯型多环芳烃的独特物理化学性质.其中,含七元碳环的非苯型多环芳烃在过去的十多年中引起了合成化学家的研究兴趣并且作为新的共轭单元被应用于有机光电材料的研究.本文主要总结和讨论了近五年来该领域取得的新进展,包括非苯型多环芳烃中构建七元碳环的新合成方法以及该类共轭分子在有机半导体、手性光学材料及磁性材料等领域中的应用,并对该领域的发展进行了展望.

光子学中与连续域束缚态相关的手性现象(特邀)

快速发展的超构表面具有较强的光场操控能力,然而要在该平台实现强手性光学效应始终面临挑战。超构表面中的连续域束缚态(BIC)是一类在辐射连续域内被完全束缚的特殊本征态,它不仅具有更强的光场局域能力,还能带来诸多有趣的物理现象,这为实现最大手性光学响应带来了新的机遇。首先简要回顾了BIC在光子学中的发展过程,随后主要围绕手性BIC的产生及相关特性进行讨论,接着补充介绍了几种与BIC相关的其他光学手性现象,最后针对手性BIC的潜在应用领域和现有挑战进行了总结。光子学中诸多关于手性BIC的最新研究为设计性能卓越的低功耗、小型光电子器件提供了全新的可能途径。