【纳米】武汉大学张庆丰课题组Nano Lett.：揭示双手性纳米粒子中光学手性反转的物理机制

栏目：行业资讯发布时间：2024-10-08

手性等离激元纳米颗粒在手性检测与传感等领域具有巨大的应用价值，近几年来得到了学界的广泛关注。然而，过往研究主要集中于颗粒制备方法和几何结构的创新，缺乏对于手性颗粒圆二色性产生机制、圆二色光谱特性和手性几何结构关联的深入理解。

手性等离激元纳米颗粒在手性检测与传感等领域具有巨大的应用价值，近几年来得到了学界的广泛关注。然而，过往研究主要集中于颗粒制备方法和几何结构的创新，缺乏对于手性颗粒圆二色性产生机制、圆二色光谱特性和手性几何结构关联的深入理解。近日，武汉大学化学与分子科学学院张庆丰教授课题组揭示了双手性等离激元纳米颗粒中新奇的手性反转物理机制，通过圆二色光谱表征与多极展开电磁理论，明确建立了纳米颗粒圆二色光谱特性与其几何手性的内在关联（图1）。该研究增进了对于手性纳米颗粒圆二色性产生机理的认识，为设计和优化手性纳米颗粒提供了系统性指导。该研究增进了对于手性纳米颗粒圆二色性产生机理的认识，为设计和优化手性纳米颗粒提供了系统性指导。该论文发表在国际权威期刊Nano Letters。

图1. 双手性中心金纳米颗粒的圆二色性反转现象

本论文中，研究团队通过多极展开理论分析发现，纳米颗粒的电偶极模式虽然在消光谱中占主导地位，但电偶极自身没有任何的圆二色性，圆二色性产生于颗粒的两个电四极模式。利用电磁仿真，研究团队揭示了这两个电四极模式的等离激元热点分别位于颗粒的两种几何手性中心。更进一步的，几何手性中心的手性方向决定了圆二色谱的正负极性，从而揭示了颗粒圆二色光谱特性与几何手性结构的重要内在关联（图2）。

图2. 圆二色性产生于两种电四极模式，其等离激元热点分别位于不同的手性中心。手性中心的手性方向决定了圆二色谱的正负极性。

通过改变制备过程中的条件参数，研究团队能够可控调节手性纳米颗粒的几何形貌，实现圆二色谱的反转。理论分析表明，随着纳米颗粒几何结构的演化，其两种电四极模式在光谱中发生不同方向的移动（红移/蓝移），两种模式的波长经理相向移动、互相穿过、再反向分离的过程，因而引起了圆二色谱的反转。该结果无疑揭示了双手性中心纳米颗粒圆二色谱反转的物理机制（图3）。

图3. 两种电四极模式的反向频移引起了圆二色谱反转

由于电四极模式强度随颗粒大小呈超线性变化，通过改变纳米颗粒尺寸，可以实现圆二色信号的调控（图4）。研究团队合成了一系列不同大小的双手性纳米颗粒，从实验和理论上验证了圆二色信号受颗粒尺寸的调节规律，从而为调控手性纳米颗粒的圆二色光谱性质提供了重要的手段。

图4. 通过尺寸调控揭示电四极模式与圆二色信号的内在联系

该成果由武汉大学化学与分子科学学院和华东师范大学精密光谱科学与技术国家重点实验室的学者合作完成。杨坚博士、孙丽超讲师和孙雪皓为论文的共同第一作者，通讯作者为武汉大学化学与分子科学学院的张庆丰教授。该研究工作得到了国家自然科学基金委、湖北省自然科学基金委以及中央高校基本科研业务费专项基金的资助，并得到了武汉大学科研公共服务条件平台和学校大型仪器设备共享平台的支持。

原文（扫描或长按二维码，识别后直达原文页面）：