超薄平面镜，光谱信息和手性问题的“解决之道”

材料牛注：你是否曾经关注过镜子里面的虚像，它跟原物体有什么关系呢？手性的出现丰富了科学的边界，而超薄表面在平面镜中的应用极大简化了手性成像设备的复杂程度，也为研究手性性质铺平了道路。

在自然界中许多事物在几何形状上都是手性的。手性意味着他们不能与其镜像重叠。就像双手一样，左右手互为镜像但不能把左右手互换位置。包括DNA和氨基酸在内的一部分分子结构也都是手性的。

光也可以是手性的，在手性光中电磁波的振动方向称为偏振，分为顺时针和逆时针。手性分子组成的材料，其反射光的差异，取决于其手性分子的性质。例如，人造甜味剂阿斯巴甜的分子结构就是手性的。两种分子中一种是甜味的，另一种则是苦味的。药物也可以是手性的，最臭名昭著的粒子要数沙利度胺分子。一种分子（R-构型）可以作为孕妇的镇静剂使用，而另一种（S-构型）却造成了成千上万儿童的先天缺陷。因此，能够观察并分析对象的手性在诸多领域都显得尤为重要。然而，目前能解决偏振和光谱信息（颜色）的手性成像技术需要复杂的多个级联组件设备，这将导致设备的笨重和造价的昂贵。

近日，哈佛大学约翰·保尔森工程和应用科学学院(SEAS) 的研究人员已经研发出一种超紧凑的并且可以同时捕捉光谱信息和对象手性特征的平面镜。

Robert L.W教授的应用物理与电气工程高级研究员，论文第一作者，Federico Capasso说道：“这是第一次仅使用单个平面镜与照相机设备，而不加入其它光学部件就完成整个可见光的光谱手性性质。我们已经验证了该金属镜片在实现制造出色的手性成像能的紧密与多功能的设备的潜力。”

这个镜片由玻璃基底上的二氧化钛双基阵组成。为了演示镜片的功效，团队的研究人员让一只甲虫的外骨骼的手性成像。卡帕索实验室的博士后，论文作者之一的Wei Ting Chen说道：“镜片的的一个主要特点是它的尺寸，手性的镜头很薄，直径只有3毫米，这比头发丝还细，这个特点使得它更容易被整合到便携的设备上去。”卡帕索试验室的研究员同时也是论文第一作者Reza Khoraninejad说道：“我们的工作是做多功能超颖表面前所未有的示范。我们发现，超薄表面既可以形成图象同时也可以解决偏振和生物样品光谱信息的问题。”

这篇论文是由哈佛大学约翰·保尔森工程和应用科学学院的Alexander Zhu, Jaewon Oh,Robert Devlin,David Rousso 合作完成的。此项研究得到了空军的科学研究办公室、贝尔实验室、德雷克实验室的支持。该项目的其中一部分研究是在哈佛大学的纳米系统中心完成的，这所研究中心是属于美国国家科学基金会(CNS)旗下的国家纳米技术协调基础设施(NNCI)中的一个成员。

原文链接：Ultrathin, flat lens resolves chirality and color

文献链接：Multispectral Chiral Imaging with a Metalens

本文由编辑部王宇提供素材，毕瑜编译，李锐审核，点我加入材料人编辑部。