研究背景：

传统的如电化学、电致化学发光和光电化学传感等手性分子检测方法以及基于金属有机框架（MOF）薄膜的传感器，通常依赖于复杂的化学修饰和手性选择剂，限制了其在实时、微型化和简化传感环境中的应用。近年来，基于超表面的生物传感器因其快速响应、无需标记和高灵敏度而受到广泛关注。然而，现有的手性超表面传感器由于引入了不对称结构，导致制造成本高、工艺复杂且生产周期长。此外，这些传感器在太赫兹频段对手性分子的检测能力有限，难以精确区分手性对映体。因此，设计一种易于加工、可扩展并且能够精确区分手性对映体的超表面传感器是该领域亟待解决的关键问题。

文章概述：

近日，由西安理工大学王玥教授团队提出了一种基于定向单壁碳纳米管（SWCNT）薄膜的太赫兹手性超表面，不需要复杂的对称性破缺结构即可实现手性效应。通过凹槽辅助慢速真空抽滤法制备了定向的SWCNT薄膜，并在薄膜上刻蚀对称的十字形结构，利用薄膜本身优异的各向异性响应与对称十字形结构共振相结合，实现显著的手性效应。该超表面器件用于乳酸对映体的偏振传感检测，在太赫兹波段实现了对乳酸对映体的定性区分以及定量浓度检测，并且重构了光与物质相互作用后的偏振态，获得了更多目标检测物的信息。与传统的透射/反射式传感方法相比，该方法能够更直观更全面的观测分析物的手性特征。

图文导读：

图1.实验系统：a) 测量原理和主要光学元件的示意图，插图为手性超表面的光学显微镜图像。b) THz-TDS 系统的光学布局。c) THz-TDS 光学平台，插图显示了样品台。d) 对齐的SWCNT薄膜的光学照片，膜上短黑线表示压印时光栅的方向。e) 对齐的 SWCNT 膜在不同旋转角度下的透射谱。f) 频率为 0.4、0.6 和 1.0THz 的透射谱幅度

图2.手性超表面传感器与乳酸（LA）对映体的实验偏振参数表征：a) 结构化SWCNT薄膜与非结构化SWCNT薄膜的交叉CD。b) 共CD。c) LA对映体的透射曲线。蓝色插图显示L-乳酸分子式，黄色插图显示D-乳酸分子式。d) LA对映体的实验CD光谱。e) PEA光谱。f) PRA光谱。g) 蚀刻周期结构前后的示意图

图3.不同浓度LA对映体极化感应参数的实验：a) 太赫兹波极化状态。b) 在0 g mL−1下的PEA和PRA谱线，对应于超表面本身PEA和PRA的变化曲线。c) 0.584THz下的输出偏振椭圆。d) PRA，e) PEA以及f) 不同浓度L-LA溶液的PEA和PRA峰位。g) PRA，h) PEA以及i) 不同浓度D-LA溶液的PEA和PRA峰位

图4.不同浓度的 L-LA 和 D-LA 溶液输出偏振椭圆：a) 和 b) 分别为不同浓度 L-LA 和 D-LA 溶液在 0.578 THz 和 0.584 THz 时的 PEA 和 PRA 值。c–f) 不同浓度 L-LA 和 D-LA 溶液在 0.584 THz 时的输出偏振椭圆

感谢南开大学现代光学研究所常胜江教授、范飞教授和沈鹏博士对本工作的大力支持以及国家自然科学基金（62275215、62435015、62335012）、陕西省重点研发计划（2023GXLH-038）等项目的资助，谨此感谢。

论文信息：

Aligned Single-Walled Carbon Nanotubes Film Chiral Metasurfaces for Terahertz Polarization Sensing

Xiangdong Chen，Yue Wang*，Xiang Zhang，Peng Shen，Fei Fan，Shengjiang Chang

Advanced Optical Materials

DOI:10.1002/adom.202501993

原文链接：https://advanced.onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/adom.202501993

期刊简介：

Advanced Optical Materials是一个国际性的、跨学科的期刊，针对材料科学的同行评审论文，重点关注光-物质相互作用的各个方面。致力于光子学、等离子体、超材料等领域的突破性发现和基础研究。