前言近日来自瑞士洛桑联邦理工学院EPFL的Olivier J. F. Martin教授团队在《Light: Science Applications》期刊上发表研究论文(https://doi.org/10.1038/s41377-026-02336-z)。该研究提出了一种基于傅里叶域穆勒矩阵的偏振成像平台首次实现对纳米结构中手性光学响应的高分辨率、动量分辨全偏振表征成功解耦了圆二色性与圆双折射并展示了其在分子手性传感中的巨大应用潜力。核心内容1.提出动量空间穆勒矩阵偏振测量平台研究团队搭建了一套暗场傅里叶域偏振成像系统能够获取样品在动量空间k-space中的完整4×4穆勒矩阵。该矩阵不仅包含样品的偏振转换、退偏特性还能分离出线性与圆形各向异性效应。2.成功解耦圆二色性与圆双折射通过对金“gammadion”纳米阵列的研究作者发现M14/M41元素代表圆二色性CDA反映材料对左/右旋圆偏振光的差异性响应M23/M32元素代表圆双折射CB反映相位延迟差异二者在动量空间中表现出不同的空间分布分别对应于多极子模式的实部与虚部贡献。3.揭示结构与厚度对手性响应的调控机制研究发现随着纳米结构厚度从50nm增加到150nm圆二色性与圆双折射强度显著增强。即使是50nm厚、传统CD光谱难以检测的结构动量空间偏振法仍能清晰分辨其微弱手性信号。4.实现手性分子传感与对映体识别对L型和R型gammadion结构进行对比发现其CDA和CB图像符号完全相反而线性偏振响应保持不变证明了穆勒矩阵对结构手性的特异性识别能力。将L-半胱氨酸和D-半胱氨酸吸附在结构表面后CDA变化量ΔCDA符号相反成功实现对映体的无标记识别。进一步实验表明ΔCDA随分子浓度变化1μM至10mM具有良好的浓度依赖性展现出优异的传感灵敏度。研究意义1.为手性表征提供了“全息”视角传统方法只能测量“平均手性”而这项技术可以看到不同角度下手性信号的强弱变化从而揭示内部多极子共振模式与手性之间的物理联系。2.线性与圆形效应成功“解耦”这是手性光学测量中长期存在的难题。通过穆勒矩阵不同元素的对称/反对称特性该研究实现了两种效应的明确分离为后续研究建立了标准化框架。3.开辟了无标记手性传感新路径无需荧光标记仅通过偏振散射信号的变化即可区分分子手性。这对药物筛选、生物标志物检测、食品安全等领域具有重要应用价值。4.平台兼容性强可拓展该方法不仅适用于金质卍形结构也可推广至其他手性超表面、介电纳米结构或二维材料系统。图1等离激元“卍”形纳米阵列的动量域偏振响应图2卍形纳米结构手性光学响应与非均匀偏振散射的数值研究图3测得的与卍形纳米阵列相对应的傅里叶域偏振穆勒矩阵图4卍形纳米结构厚度依赖的手性光学响应图5用于结构对映体表征与手性分子无标记检测的动量空间偏振测量图6金质卍形纳米阵列几何参数示意图周期、臂长1,2,3和厚度【注】小编水平有限若有误请联系修改若侵权请联系删除