第一作者：侯珂、Wajid Ali
通讯作者：唐智勇
通讯单位：国家纳米科学中心
研究亮点：
1. 实验上首次制备了手性介质反光子晶体，发现其在光学禁带处出现圆二色信号。
2. 实验和理论相结合，揭示了圆二色信号产生的机理。
TOC
研究背景
手性光子晶体由于其在光学禁带处对左旋圆偏振光和右旋圆偏振光的调制作用，一直受到人们的广泛关注。手性光子晶体可以分为两种：手性结构光子晶体和手性介质光子晶体。前者依赖于非手性基元的螺旋排列，后者则建立在组成物本征手性的基础上。
到目前为止，研究界主要关注的是具有螺旋结构的手性光子晶体，而手性介质光子晶体在实验上还未见报道，尽管许多理论工作表明它们可能会具有许多有趣的光学性质，如手性局域化和负折射。
成果简介
有鉴于此，国家纳米科学中心唐智勇课题组以二氧化硅纳米球组装的光子晶体为模板，通过浸润手性聚合物前驱体溶液，制备了三维手性聚合物反蛋白石光子晶体（3D CPIOPCs)，并对其光学性质进行了系统研究。
图1. CPIOPC制备示意图
要点1. CPIOPC在光学禁带处出现圆二色信号
研究人员发现制备的CPIOPCs完美地复制了原有光子晶体模板的三维有序周期性结构，更为重要的是，发现CPIOPCs在光学禁带处出现了新的圆二色信号，并且R和S对映异构体CPIOPCs的圆二色信号相反。随着构筑光子晶体模板的二氧化硅纳米球粒径的增加，CPIOPCs的光学禁带位置和新出现的圆二色信号不断红移。
图2. CPIOPC光学性质研究
要点 2. 实验和理论相结合，揭示圆二色信号产生的机理
对照实验表明光学禁带和手性介质都与CPIOPCs新出现的圆二色信号密切相关，COMSOL Multiphysics 光学模拟进一步揭示了由于手性介质的存在，左旋圆偏振光和右旋圆偏振光的能带分离是CPIOPCs在光学禁带处出现圆二色信号的根本原因。
图3. COMSOL Multiphysics 光学模拟
小结
这项工作不仅有利于加深人们对手性介质中光和物质相互作用的理解，并且促进了手性光子晶体在圆偏振分光镜，对映体选择性传感等方面的实际应用。
参考文献：
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
