来源：日本千叶大学，Stephanie Baum编辑，Robert Egan审阅；电子科技大学太赫兹科学技术研究中心 丁梦娜 编译

太赫兹圆二色成像的概念和实验论证。圆偏振太赫兹辐射(左：蓝，右：红)与莫尔变形表面相互作用，产生明显的光谱响应和空间分辨率的圆二色分布(上)。对于镜像的结构，手性相关的响应反转，展示了可视化手性的空间分布的能力。图片来源：Katsuhiko Miyamoto教授/日本千叶大学

    在自然界中，存在着彼此镜像但不能完美叠加的结构。这些手性物体被称为手性物体，源于希腊语中“手”的意思，因为左手和右手具有相同的关系。虽然结构相似，但手性分子表现出不同的行为，手性是生命本身的中心。DNA具有扭曲的手性结构，活着的有机体喜欢用一只手而不是另一只手。这一区别在药物设计、材料科学和纳米技术中同样重要。

    用太赫兹光探测手性

    区分手性分子的一种方法是通过测量它们在太赫兹(THz)区域内对圆偏振光的响应。太赫兹波位于微波和红外光之间，对材料中微妙的集体运动和扭曲结构特别敏感。然而，传统的太赫兹测量对整个样本的信号进行平均，因此无法确定手性在不同位置的变化情况。

    现在，来自日本千叶大学和日本东北大学的研究人员已经证明了这一限制可以被突破，允许手性被可视化为二维图像，就像在材料上创建手性地图一样。这项研究发表在《ACS Photonics》杂志上。

    研究团队及其研究动机 

    研究小组由千叶大学工程学研究生院的Katsuhiko Miyamoto教授领导，论文第一作者为同校的Uina Chiba。该团队成员还包括来自东北大学物理系的Seigo Ohno博士和来自日本国立材料科学研究所功能材料研究中心的Takeo Minari博士。

    Miyamoto教授说：“这项研究的灵感来自一个简单的问题。传统的测量只能显示平均手性，但实际的空间分布是什么样子的？我们想知道直接将手性可视化为图像是否可以提供更深层次的见解，这促使我们继续这项研究。”

    构建莫尔型手性超表面

    为了在同一材料中产生不同手性的区域，研究人员通过将微小的银盘图案堆叠在一起，略微偏移或旋转，建立了莫尔型超表面。这些结构是在微米级制造的，因此它们可以与太赫兹光强烈相互作用。通过精心设计重叠图案，研究人员创建了一个同时包含右手和左手扭曲区域的人造表面，使他们能够在设计的系统中创建和控制不同的手性构型。

    当圆极化的太赫兹波被引导到超表面时，不同的区域根据其局部手性的不同而响应不同。部分区域表现为右撇子反应，而另一个区域表现为左撇子反应。通过这种方式，研究人员可以直观地看到手性如何在整个结构中发生变化。

    超高分辨率与应用前景

    这种新的方法可以在空间上解析手性分布，分辨率约为100μm，大致相当于一根头发的厚度。这种单片内右手和左手手性的交替排列从未使用传统的测量技术直接观察到，传统的测量技术会对整个样本的信号进行平均。

    Miyamoto教授说：我们在世界上首次成功地可视化了不同手性的共存。这些发现有望在下一代材料的质量评估、生物分子结构分析和新型太赫兹器件的研发中得到应用。

    太赫兹手性成像的未来发展方向

    随着纳米制造技术的进步使各类精密手性材料成为可能，而本方法可以提供一种可靠的方法来检查这些结构是否如预期的那样发挥功能，而不会损害材料。

    展望未来，研究人员预计将把这项技术扩展到更宽的频率范围，从2到15太赫兹，从而进行更精细的结构分析。该方法最终可能支持可视化与疾病相关的异常蛋白质聚集体的新诊断技术，帮助检查Beyond 5G和6G等下一代通信系统的先进信号控制设备，并检测量子和软材料内部的细微扭曲。

    论文信息
    用太赫兹圆二色光谱成像揭示莫尔变形表面的多尺度手性，ACS Photonics (2026). DOI: 10.1021/acsphotonics.6c00372

    期刊信息：ACS Photonics