近日，中国科学技术大学工程科学学院微纳米工程实验室在国际知名学术期刊《自然·通讯》上发表题为“Multidimensional helical dichroism from a chiral molecular nanoassembly”的论文，采用光子的轨道角动量检测由手性氨基酸分子组装而成的手性组装体，在基频和荧光维度上分别实现了不对称因子高达0.53和1.18的强手光信号，证实了光子轨道角动量在手性分子传感领域的强大潜力。

检测分子的手性在光学、生物医学和材料科学等领域均有重要意义。如何用较少的手性分子得到强手光信号是手性光谱学追求的目标。然而，传统的圆二色谱法利用光子自旋角动量，即使检测大量手性分子得到的手光信号仍然很弱。该工作首先把手性分子的手性特征从分子尺度转移到微米尺度来保证与涡旋光的尺度匹配，再基于涡旋光与单个手性组装体之间的相互作用，得到了强手光信号。

图：涡旋光与手性组装体相互作用示意图

通过电磁仿真和实验验证，该工作在基频和荧光谱域均获得了手光螺旋二色性（HD, helical dichroism）信号，并利用多级展开分析了强HD信号产生的原因，证实了电磁场响应中电四极子的贡献在其中占主要部分。除此之外，该工作还研究了在波长域、偏振域和动量空间中的手光信号，丰富了光子轨道角动量用于检测手光信号的维度。

该工作证实了光子轨道角动量在手性分子传感领域的潜力，为痕量手性分子检测方法和手性光与物质相互作用研究提供了新的见解。中国科学技术大学工程科学学院博士生晋玉生为论文第一作者，倪劲成特任教授、吴东教授和新加坡国立大学Cheng-Wei Qiu教授为通讯作者。本研究得到了国家自然科学基金、科技部重点研发计划、中国科学院人才计划等多个项目的支持。