李家方、姚裕贵在旋桨手性及圆二色性符号反转研究方面取得系列重要进展

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近日，北京理工大学物理学院李家方、姚裕贵教授团队，利用纳米剪纸技术制备了一种立体扭曲的人工旋桨手性超分子结构，基于手性中心竞争机制，利用结构的曲线扰动、曲线旋转等机制实现了圆二色性符号的异常反转。该系列创新成果分别发表在国际顶级期刊Nano Letters（IF: 11.189上）和Advanced Optical Materials（IF: 9.926上）。

图1 人工超分子及圆二色性反转的几何设计思路。人工旋桨手性分子原胞内叶片和原胞间叶片分别形成R和L两个几何手性中心。

       在之前的研究中，研究者主要利用具有明确旋向的螺旋几何构型来增强光和物质的手性相互作用。然而，这类构型的光学手性响应要实现反转，必须对其进行镜面对称操作，使结构发生巨大的改变。近年来，一种独特的螺旋桨状几何构型在分子领域引起了极大的关注，通过轻微地翻转“分子叶片”就可以反转其光学手性响应。然而，这种立体旋桨手性的研究仅仅局限于分子领域，在微纳光子学领域面临制备方法上的挑战。
针对这一难题，研究团队采用自主发展的纳米剪纸技术[Sci. Adv. 4, eaat4436 (2018), Adv. Mater. 32, 1907077 (2020), Nat. Commun. 12, 1299 (2021)]，通过引入微扰构建了两个几乎一致的双几何手性人工旋桨超分子阵列结构，实现了圆二色性剧烈的符号反转。理论分析表明，该反直觉的圆二色性符号反转是由相位控制的手性电四极矩激发与表面晶格共振放大效应导致的手性竞争引起的。

图2 制备的两个几乎一致的双几何手性旋桨超分子阵列及观测的圆二色性符号反转。

       该研究[Nano Lett. 21, 6828 (2021)]提出的人工旋桨手性新概念和新构型，为深入研究手性光物理提供了新的范式，并为研制新奇的手性材料提供了理想的平台。纪昌银博士生为论文的第一作者，北理工物理学院李家方教授、姚裕贵教授为论文的共同通讯作者。暨南大学徐毅教授，北京理工大学分析测试中心、高精尖创新中心等给予了项目大力支持与帮助。该工作得到了国家自然科学基金、国家重点研发计划、广东省重点研发计划、北京市自然科学基金等项目支持。
       文章信息（#为共同一作；*为通讯作者）：Chang-Yin Ji, Shanshan Chen, Yu Han, Xing Liu, Juan Liu, Jiafang Li,* and Yugui Yao*, “Artificial Propeller Chirality and Counterintuitive Reversal of Circular Dichroism in Twisted Meta-molecules”, Nano Letters 21, 6828-6834 (2021).
       文章链接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.nanolett.1c01802
       相关文章：Xia Li,# Chang-Yin Ji,#,* Shanshan Chen, Yu Han, Juan Liu, and Jiafang Li*, “Phase enabled circular dichroism reversal in twisted bi-chiral propeller metamolecule arrays”, Advanced Optical Materials 2021, in press (DOI: 10.1002/adom.202101191).


      文章来源：北京理工大学
      李家方，北京理工大学物理学院教授、博导，2002年与2005年分别于南开大学获学士、硕士学位，2009年于澳大利亚顾敏院士课题组获博士学位，2009年至2018年在中科院物理所参加工作，2017年于麻省理工学院进行访问研究，2018年12月调入北京理工大学。研究聚焦于三维纳米制造技术，以及微纳尺度下光与物质的相互作用，与合作团队在2018年国际首创纳米剪纸三维微纳加工技术，2020年发展微纳应变光电子学新方向，在相关领域引起广泛关注，被Science Daily、PHYS ORG、MIT news、新华网等专门报导。研究成果在Science Advances, Advanced Materials, Light: Science & Applications等国内外期刊上发表文章70余篇，担任Nature出版集团Scientific Reports杂志编委，承担基金委、科技部、中科院课题十余项。
       姚裕贵， 江西省星子县人，1971年生。现为北京理工大学工作，任教授、博士生导师、理论和计算物理中心主任、物理学院副院长。