摘要：表面等离激元光子学的快速发展促进了光学手性的应用，使手性研究从传统的手性分子扩展到人工手性纳米结构。手性微纳结构可以产生圆二色性效应，在生命科学，生物化学以及医疗诊断等领域有着广泛的应用。结构简单的单个平面纳米结构往往只会产生微弱的圆二色性，所以探究可以产生较大圆二色性的平面纳米结构的研究就变得尤为重要。
　　关键词：手性结构；圆二色性
　　一、手性及手性结构
　　在探索生命起源的过程中，手性起着至关重要的作用，一直是人们研究的热点问题。手性是对物体缺乏镜面对称性的一种描述[1]，关于手性的研究主要分为以下两个方面：一类是尺度远小于电磁波长的由手性分子或原子组成的介质手性，如氨基酸，DNA，生物分子等，这种介质手性主要和分子自身的光学性质相关。另一类是尺寸与光波长匹配的几何非手性或手性体组成的结构手性，结构的材料自身没有手性特征，但是通过一些特定的结构设计可以使结构在圆偏光垂直激发下实现手性光学效应。手性超材料，就是将手性引入到微纳结构中，拥有亚波长量级的尺寸设计，改善了需要光波倾斜入射来产生特殊光学特性的现状，由于其产生的局域表面等离激元共振，可以实现和天然材料相比显著增强的电磁效应。
　　其中旋光性和圆二色性是手性结构由于电场和磁场交叉耦合衍生出来的比较典型的光学性质。旋光性是指手性结构中左旋圆偏光和右旋圆偏光在传播过程中产生不同的损耗，从而产生不同的相位延迟和强度，使经过手性超材料的光偏振方向发生旋转，在微波段和太赫兹领域有着较为广泛的研究，可以应用到光子器件中。相比较之下，圆二色性广泛应用于手性结构中，并且涉及化学，生物医学等领域的研究。
　　二、圆二色性
　　圆二色性是指手性结构在圆偏光激发下对于左旋圆偏振光和右旋圆偏振光的响应不同，从而产生的透射率和吸收率的差异。手性超材料在左旋圆偏光和右旋圆偏光下的复折射率是发生变化的，随之手性参数变化。对于圆偏光的吸收率用A表示，透射率用T表示，可以通过这两个物理量来描述圆二色性的强度。相比之下，两种圆偏振光激发下的反射率的差异是可以忽略不计的。
　　圆二色性是所有手性物质及结构自身所固有的属性，这种特殊的性质可以为分析各种生物分子的性质提供更加有效便利的途径。但是，自然界中原本存在的手性化合物的圆二色性效应往往是非常微弱的，这是因为物质产生的偶极子不能和激发光进行很好的耦合作用，所以不能在结构中形成有效的共振效应。所以，增强物质结构的圆二色性信号的研究就变得尤为迫切。目前，各种有着复杂设计的手性材料也越来越多的被研究，同样重要的是研究有效增强圆二色性效应的关于结构设计的原理，并将其结合于各种光电器件中以实现不同的应用。
　　三、增强圆二色性研究
　　为了实现平面纳米结构的增强圆二色性效应，将简单的平面纳米结构进行组合的方法设计了三种平面复合纳米结构，利用有限元法对其手性光学性质进行研究，分析产生增强吸收圆二色性的机制以及参数对圆二色性的影响，具体如下：
　　（一）设计Z形纳米棒和矩形纳米孔组合的纳米阵列结构。计算了单独的Z形纳米棒和将Z形纳米棒放置于矩形孔中的组合结构的CD值。计算结果表明组合结构的共振模式发生了变化，这种共振模式改变了吸收峰波长处的吸收值大小，矩形框架可以调节薄膜表面电荷的分布，Z形纳米棒同时也可以使电流在矩形框架和纳米棒之间流动，从而在该组合结构中产生有效的四偶极子振荡，这种振动形式可以使左旋圆偏光和右旋圆偏光的吸收差异明显增大，从而导致增强的CD效应。
　　（二）设计了双L形金属块组合纳米结构。通过将两个L形金属块结构靠近放置，实现了增强CD效应。产生这种显著的吸收CD其潜在的物理机制是偶极子共振之间的强耦合效应。其中单独的L形金属块可以产生偶极子共振。将两个结构靠近放置时，可以实现偶极子共振之间的强耦合效应，调节了表面等离激元共振特性，在复合结构间隙中激发出局域场增强，这种场增强效应对于左旋圆偏振光和右旋圆偏振光激发会产生不同的响应，从而形成了与单L形金属块结构相比的显著的CD增强效果。
　　四、总结
　　复合手性结构相较于单个平面手性结构而言，可以产生显著的吸收圆二色性增强效应，这项研究为提高关于平面结构纳米光学器件的圆二色性提供了新的思路。
　　参考文献：
　　[1]丁晓岚,高红旗.圆二色光谱技术应用和实验方法[J].实验技术与管理,2008(10):48-52.
　　作者单位：咸阳师范学院