第一作者：侯珂、Wajid Ali
通訊作者：唐智勇
通訊單位：國家納米科學中心
研究亮點：
1. 實驗上首次制備了手性介質反光子晶體，發現其在光學禁帶處出現圓二色信號。
2. 實驗和理論相結合，揭示了圓二色信號產生的機理。
TOC
研究背景
手性光子晶體由于其在光學禁帶處對左旋圓偏振光和右旋圓偏振光的調制作用，一直受到人們的廣泛關注。手性光子晶體可以分為兩種：手性結構光子晶體和手性介質光子晶體。前者依賴于非手性基元的螺旋排列，后者則建立在組成物本征手性的基礎上。
到目前為止，研究界主要關注的是具有螺旋結構的手性光子晶體，而手性介質光子晶體在實驗上還未見報道，盡管許多理論工作表明它們可能會具有許多有趣的光學性質，如手性局域化和負折射。
成果簡介
有鑒于此，國家納米科學中心唐智勇課題組以二氧化硅納米球組裝的光子晶體為模板，通過浸潤手性聚合物前驅體溶液，制備了三維手性聚合物反蛋白石光子晶體（3D CPIOPCs)，并對其光學性質進行了系統研究。
圖1. CPIOPC制備示意圖
要點1. CPIOPC在光學禁帶處出現圓二色信號
研究人員發現制備的CPIOPCs完美地復制了原有光子晶體模板的三維有序周期性結構，更為重要的是，發現CPIOPCs在光學禁帶處出現了新的圓二色信號，并且R和S對映異構體CPIOPCs的圓二色信號相反。隨著構筑光子晶體模板的二氧化硅納米球粒徑的增加，CPIOPCs的光學禁帶位置和新出現的圓二色信號不斷紅移。
圖2. CPIOPC光學性質研究
要點 2. 實驗和理論相結合，揭示圓二色信號產生的機理
對照實驗表明光學禁帶和手性介質都與CPIOPCs新出現的圓二色信號密切相關，COMSOL Multiphysics 光學模擬進一步揭示了由于手性介質的存在，左旋圓偏振光和右旋圓偏振光的能帶分離是CPIOPCs在光學禁帶處出現圓二色信號的根本原因。
圖3. COMSOL Multiphysics 光學模擬
小結
這項工作不僅有利于加深人們對手性介質中光和物質相互作用的理解，并且促進了手性光子晶體在圓偏振分光鏡，對映體選擇性傳感等方面的實際應用。
參考文獻：
Hou K, Ali W, Lv J, et al.Optically active inverse opal photonic crystals[J]. Journal of the American Chemical Society, 2018.
DOI: 10.1021/jacs.8b10977
http://dx.doi.org/10.1021/jacs.8b10977
