超薄平面鏡，光譜信息和手性問題的“解決之道”

材料牛注：你是否曾經關注過鏡子里面的虛像，它跟原物體有什么關系呢？手性的出現豐富了科學的邊界，而超薄表面在平面鏡中的應用極大簡化了手性成像設備的復雜程度，也為研究手性性質鋪平了道路。

在自然界中許多事物在幾何形狀上都是手性的。手性意味著他們不能與其鏡像重疊。就像雙手一樣，左右手互為鏡像但不能把左右手互換位置。包括DNA和氨基酸在內的一部分分子結構也都是手性的。

光也可以是手性的，在手性光中電磁波的振動方向稱為偏振，分為順時針和逆時針。手性分子組成的材料，其反射光的差異，取決于其手性分子的性質。例如，人造甜味劑阿斯巴甜的分子結構就是手性的。兩種分子中一種是甜味的，另一種則是苦味的。藥物也可以是手性的，最臭名昭著的粒子要數沙利度胺分子。一種分子（R-構型）可以作為孕婦的鎮靜劑使用，而另一種（S-構型）卻造成了成千上萬兒童的先天缺陷。因此，能夠觀察并分析對象的手性在諸多領域都顯得尤為重要。然而，目前能解決偏振和光譜信息（顏色）的手性成像技術需要復雜的多個級聯組件設備，這將導致設備的笨重和造價的昂貴。

近日，哈佛大學約翰·保爾森工程和應用科學學院(SEAS) 的研究人員已經研發出一種超緊湊的并且可以同時捕捉光譜信息和對象手性特征的平面鏡。

Robert L.W教授的應用物理與電氣工程高級研究員，論文第一作者，Federico Capasso說道：“這是第一次僅使用單個平面鏡與照相機設備，而不加入其它光學部件就完成整個可見光的光譜手性性質。我們已經驗證了該金屬鏡片在實現制造出色的手性成像能的緊密與多功能的設備的潛力。”

這個鏡片由玻璃基底上的二氧化鈦雙基陣組成。為了演示鏡片的功效，團隊的研究人員讓一只甲蟲的外骨骼的手性成像。卡帕索實驗室的博士后，論文作者之一的Wei Ting Chen說道：“鏡片的的一個主要特點是它的尺寸，手性的鏡頭很薄，直徑只有3毫米，這比頭發絲還細，這個特點使得它更容易被整合到便攜的設備上去。”卡帕索試驗室的研究員同時也是論文第一作者Reza Khoraninejad說道：“我們的工作是做多功能超穎表面前所未有的示范。我們發現，超薄表面既可以形成圖象同時也可以解決偏振和生物樣品光譜信息的問題。”

這篇論文是由哈佛大學約翰·保爾森工程和應用科學學院的Alexander Zhu, Jaewon Oh,Robert Devlin,David Rousso 合作完成的。此項研究得到了空軍的科學研究辦公室、貝爾實驗室、德雷克實驗室的支持。該項目的其中一部分研究是在哈佛大學的納米系統中心完成的，這所研究中心是屬于美國國家科學基金會(CNS)旗下的國家納米技術協調基礎設施(NNCI)中的一個成員。

原文鏈接：Ultrathin, flat lens resolves chirality and color

文獻鏈接：Multispectral Chiral Imaging with a Metalens

本文由編輯部王宇提供素材，畢瑜編譯，李銳審核，點我加入材料人編輯部。