近日，同济大学物理科学与工程学院王占山教授、程鑫彬教授团队在手性检测领域取得重要进展。研究团队提出了一种基于“环形偶极子法布里-珀罗连续域束缚态共振（TD FP-BIC）“的新型超构表面，实现了对手性分子的超高灵敏度检测。相关成果以“Toroidal dipole Fabry-Perot bound states in the continuum metasurfaces for ultrasensitive chiral detection”为题，发表于《光子学研究》（Photonics Research）。
手性是自然界普遍存在的重要特性，在食品安全、药物研发、临床诊断和材料科学等领域具有重要应用价值。圆二色（CD）光谱作为目前最常见的手性探测手段，其利用手性物质对左/右旋圆偏振光的差分吸收来表征物质手性的大小。然而，由于手性分子与探测波长存在尺寸失配，其CD信号通常远弱于分子自身吸收信号，导致检测灵敏度严重受限。
鉴于此，同济大学物理科学与工程学院王占山、程鑫彬团队提出了一种基于TD FP-BIC的超构表面（图1a）。其中，上层超构表面能够激发特殊的环形偶极子模式，通过与下层多层膜镜像的干涉效应，诱导产生高品质因子的FP-BIC共振，有效地增强了光与手性物质的相互作用。该设计在非结构区域实现了高达6×104倍的局部光学手性场增强和2×103倍的体积平均光学手性场增强，处于国际领先水平（图1b）。
图1.基于TD FP-BIC超构表面的手性检测增强平台
基于该检测平台，团队进一步给出了该平台在实际手性分子环境下的检测表现。仿真结果表明，相较于没有超构表面时的裸手性分子，该平台能使手性分子的CD信号增强高达866倍，为极限条件下的手性分子检测提供了全新技术途径。
图2.手性分子CD信号增强效果
该工作充分利用TD FP-BIC的场束缚特性，构建了理想的光学手性场，弥补了现有CD光谱探测灵敏度低的不足。研究成果不仅为手性分子单分子级别检测奠定了理论与技术基础，也为发展新型手性光子器件提供了新的思路。
同济大学何涛助理教授，施宇智教授，程鑫彬教授为论文共同通讯作者，同济大学博士研究生李程峰，何涛助理教授为论文的共同一作，对论文具有突出贡献的合作者还包括同济大学博士生饶晓峰，博士后冯超，朱静远助理教授，董思禹助理教授，魏泽勇副教授，焦宏飞教授、王占山教授等。
论文链接：https://doi.org/10.1364/PRJ.559587
