这种扁平芯片利用扭曲光揭示隐藏图像

光也可以是“左旋”或“右旋”的。当光束是圆偏振光时，其电场在空间中呈左旋或右旋螺旋状前进。由于手性结构对这两种扭曲光束的相互作用方式不同，因此将圆偏振光照射在样品上——并比较每种扭曲光被吸收、反射或延迟的程度——科学家就能解读样品自身的手性。然而，这种效应极其微弱，使得精确控制手性成为一项关键但具有挑战性的任务。

现在，来自EPFL（洛桑联邦理工学院）工程学院生物纳米光子系统实验室的科学家们与澳大利亚的研究人员合作，创造出名为超表面的人工光学结构：这是一种由微小单元（超原子）组成的二维晶格，可以轻松调节其手性特性。通过改变晶格中超原子的取向，科学家可以控制由此产生的超表面对偏振光的相互作用。

生物纳米光子学实验室负责人Hatice Altug解释说：「我们的『手性设计工具包』非常简洁优雅，且比以往试图通过极其复杂的超原子几何结构来控制光的方法更强大。相反，我们利用了超原子形状与超表面晶格对称性之间的相互作用。」

这项创新具有在数据加密、生物传感和量子技术领域的应用潜力，研究成果已发表在《自然·通讯》期刊上。

肉眼不可见的双层水印

该团队的超表面由锗和二氟化钙制成，在芯片上呈现超原子取向连续变化的梯度。这些超原子的形状和角度，以及晶格的对称性，共同作用以调节超表面对偏振光的响应。

在一个概念验证实验中，科学家们在针对电磁光谱中不可见的中红外波段优化的超表面上同时编码了两幅不同的图像。对于第一幅澳大利亚凤头鹦鹉图像，图像数据被编码在代表像素的超原子尺寸中，并使用非偏振光进行解码。第二幅图像则利用超原子的取向进行编码，使得当暴露于圆偏振光时，超表面显现出标志性的瑞士马特洪峰图片。

生物纳米光子系统实验室研究员Ivan Sinev表示：「该实验展示了我们技术能够产生肉眼不可见的双层『水印』，为先进的防伪、伪装和安全应用铺平了道路。」

除了加密领域，该团队的方法在量子技术方面也具有应用潜力，其中许多技术依赖偏振光进行计算。在大型表面上绘制手性响应的能力也能简化生物传感。

生物纳米光子系统实验室研究员Felix Richter说：「我们可以使用像我们这样的手性超结构来感测，例如，小体积样品中药物的成分或纯度。自然界具有手性，区分左旋和右旋分子的能力至关重要，因为这可能决定一种物质是药物还是毒素。」