电磁手性：从基本原理到手性光学

手性定义为物体结构和其镜像（对映异构体）的不可重叠性（图1）。手性物体在自然界很普遍，例如DNA和蛋白质。尽管它们的大多数物理性质是相同的，但是手性物体及其对映异构体可能表现出不同的响应。与电磁波（EM）相关的手性和手性现象已在许多论文中提到。目前，研究人员已经将手性特性引入到光、纳米结构和纳米系统中，并阐释手性光学的相互作用。

图1.手性和非手性物体，图源：Khan Academy

几何手性是定性的二元性质。相反，手性光学的影响是可以定量测量的，一些通常测量的手性光学现象包括：旋光色散（ORD）、圆二色性（CD）、左旋圆偏振（LCP）和右旋圆偏振（RCP）的吸收差异。

目前，手性光学的应用方向主要有：

1）手性结构中的非线性效应，如二次谐波产生（SHG），作为结构对称性的极其灵敏的探针，使我们能够区分手性和各向异性效应。

2）手性光与物质的相互作用，非线性光-物质相互作用中的手性选择性增强，例如，当圆偏振光入射到量子发射器上时，相对于没有超材料的参考样本，手性系统的双光子发光显着增强了40倍以上，同时还为检测和表征自然界中普遍存在的手性提供了超高的灵敏度。

3）主动手性超材料，利用MEMS、相变材料、DNA导向的组装等方法实现对超材料的手性的人为主动控制，在中红外区偏振调制、热成像和检测方向开辟了新途径和潜在应用，基于DNA技术更是促进了生命科学和生物化学智能探针的开发。

近日，韩国浦项科技大学的Junsuk Rho（）教授及其合作者以“Electromagnetic chirality: from fundamentals to nontraditional chiroptical phenomena”为题对光的手性、纳米结构和纳米系统中的手性及其手性光学相互作用的理论研究进行了全面的概述，并深入讨论了基于这些基本原理观察到的手性光学现象。

该篇综述文章发表在Light: Science & Applications。

图2.物体和光的手性量化参数