本文介绍了一种能够产生超强旋光性的弱手性极薄(λ/10)亚波长结构的超表面。该超表面的单元结构由介质层以及设置在介质层上下表面的两层椭圆金属贴片组成，两层椭圆金属贴片之间存在一个扭转角的关系。当扭转角为 80°时，超表面在谐振频点 11.89 GHz处能将入射线偏振电磁波转换为交叉极化透射波，其透过率超过 94%。这种超表面重量轻、体积小，为极化旋转提供了一种可靠的方法。若将其拓展到光波波段，该超表面在弱手性分子的生物学检测中有潜在的应用。

基于手性有机膦酸配体(3-phenyl-2-［(phosphonomethyl)amino］propanoic，2-ppapH3)和辅助含氮配体(1,3-di(4-pyridyl)propan，1,3′-dpp)合成得到一对对映体纯的钴有机膦酸配合物R(S)-Co3(2-ppap)2(1,3′-dpp)2(H2O)2·2H2O (R-1 or S-1)。该配合物晶体显示了层状结构，其中{Co1O4N2}八面体，{Co2O3N2}和{Co3O3N2}三角双锥分别与{PO3C}四面体的三个角连接，形成了含有八元环的无机金属链。这些无机金属链通过1,3′-dpp交联，在ac平面上形成分子层。同时研究了配合物R-1和S-1的热稳定性和手性光学活性。

多功能分子基磁性材料不仅可以表现出单分子磁体的慢弛豫行为, 还可以展现出其他丰富多彩的物理或化学性质, 如荧光、手性、铁电性、吸附、催化 等, 在光电以及自旋电子器件等多个领域具有潜在的应用前景。设计和开发新型的多功能分子基磁性材料作为单分子磁体研究领域一个重要的研究方向, 引起 了研究者广泛的关注。本文主要从合成策略, 结构与性能的关系出发, 综述了近年来多功能分子基磁性材料的研究进展, 并对今后相关领域的发展做出了展望。

从Maxwell方程组出发,将与旋光效应相关的二阶非线性电极化作为线性电极化的微扰项,并结合角谱表示理论,以傍轴高斯光束作为入射光场,研究了光束在具有自然旋光性的Bi₁₂SiO₂₀晶体中的传播问题,并分别采用Minkowski和Abraham两种形式的光动量,得出Bi₁₂SiO₂₀晶体中的光动量及角动量表达式。结果表明,旋光性的存在使得晶体中的Minkowski动量和Abraham动量的比值不再是晶体折射率的平方。采用Minkowski角动量密度形式,可以发现,光场与晶体之间的角动量会发生耦合,虽然光场自身的角动量不守恒,但光场和晶体的总角动量守恒。

分析旋光-电光晶体的电光相位以及强度调制特性,并定义晶体的π-电压。对于具有旋光性的电光晶体,以往半波电压的概念不能准确描述其电光偏振、强度调制的周期性,因而引入π-电压这一概念,并将其定义为此类晶体的椭圆双折射相位延迟变化量等于π时所需要的调制电压。对于置于两个偏振器之间的旋光-电光晶体强度调制器,旋光性可以为电光强度调制提供光学偏置,但调制光强度是调制电压的偶函数,只有当检偏器的主透光方向平行或垂直于晶体出射线偏振光波的偏振方向时,才能实现完全的电光开关。当将此类晶体用于电光开关时,可定义能够实现完全开关状态转换所需要的最大调制电压为开关电压。通过实验测量了一块尺寸为6 mm×4 mm×2.9 mm的硅酸铋(Bi₁₂SiO₂₀)晶体的π/4-电压,对于635 nm的光波长,π/4-电压约为3 kV。对于具有旋光性的弹光调制器,可以引入π-应力和π-应变的概念。

提出一种具有巨旋光性和负折射特性的双频带手征性超表面结构,该手征性超表面由中间介质层和双层共轭卍字形周期排列而成;通过研究面电流密度分布,解释了巨旋光性和负折射率产生的原因;研究了手征性超表面单元结构的连续圆金属贴片半径和介质层厚度对该结构旋光性和负折射特性的影响。数值模拟结果表明:该结构在0.1~2 THz频率范围内有4个谐振频点,在谐振频点附近,平均折射率均为负值,实部幅值最大为-3.7;该结构在谐振频点附近显示了巨旋光性以及双频带的左旋圆偏振波和右旋圆偏振波负折射特性,最大偏振旋转角达到了122°,右旋圆偏振波折射率实部幅值可达-12.74。

三磷酸腺苷(Adenosine 5’-TriphosPhate,ATP)是一种核苷酸的衍生物,在生命过程中扮演着重要的角色,既是能量分子,同时也是生物助水溶剂。由于其重要的生物学意义,ATP水溶液结构的研究一直受到广泛的关注。本文利用本课题组自主搭建的457 nm短波长手性拉曼光谱仪(Raman Optical Activity,ROA)对 ATP在酸性(pH=2.0)和中性(pH=7.0)水溶液中的手性结构进行了研究。通过Raman和ROA谱图的分析,发现在不同的pH条件下,Raman光谱表现出了明显的差异,但在相应的ROA谱图中,光谱轮廓具有极大相似性,主要的差别反应在950~1150 cm-1光谱区域,说明pH值的改变,主要影响了环外磷酸基团和呋喃糖环之间的相互作用方式。

阐述了手性负折射率现象的产生机制; 总结了近几年国内外手性负折射率材料在仿真模拟和实验制备方面的研究进展; 分析了手性负折射率材料的旋光性、手性参数、损耗等; 介绍了手性负折射率材料在各个领域的应用。分析认为, 探索手性负折射率材料的新机制、新方法和新材料, 从而在可见光波段实现负折射率是未来手性负折射率材料的重要发展方向之一。

介绍了表面等离子体激元的电磁场局域与放大效应对于非线性响应的增强机制。电磁波与金属中自由电子耦合所产生的表面等离子体激元，可使金属表面亚波长空间尺度内的电磁场能量密度得到增强，放大非线性效应幅度，降低非线性过程所需要的入射光强，实现纳米尺度内弱光非线性效应的产生。以纳米颗粒为例介绍表面等离子体激元共振对于电磁场及非线性增强的机理，同时介绍描述纳米复合材料有效非线性系数的有效非线性介质理论，并使用该理论分析表面等离子体激元场对于非对称裂环超材料有效非线性的调控能力，最后介绍了利用表面等离子体激元共振场实现对于非线性旋光效应的增强。利用等离子体激元增强非线性为实现纳米弱光非线性技术提供了一种很好的途径。