區分手性分子的能力在各個領域至關重要，傳統的旋光傳感方法通常依賴于笨重的設備和復雜的程序。然而，發表在《物理評論快報》的新研究提供了一種有前途的替代方案：基于超表面混合光腔。

超表面是由亞波長納米結構組成的工程表面，可以以非常規的方式操縱光。通過仔細設計這些納米結構的幾何形狀和排列，科學家們可以實現對光的聚焦、散射和偏振控制等功能。與傳統的光學元件相比，這些元件的規模要小得多。另一方面，光學腔是將光限制在特定區域內的鏡子排列。這種限制導致特定光頻率的放大，產生共振效應。

基于超表面的混合腔結合了這兩種技術的獨特特性。傳統的腔體通常使用由電介質或金屬等材料制成的笨重鏡子。在這里，超表面取代了傳統的鏡面，提供了幾個優勢。首先，超表面可以設計得比傳統的反射鏡薄得多，從而使腔體小型化。其次，超表面復雜的納米結構允許對腔內光的特性進行更大程度的控制。

這些腔體中使用的一種特定類型的超表面是量子超表面。它們是二維量子發射器陣列。這些量子發射器是微小的光源，與腔內光場相互作用。發射器與受限光之間的這種相互作用導致了一種稱為強耦合的現象，其中光和發射器的特性相互交織。

基于超表面的腔體用于旋光傳感的一個關鍵方面是它們具有手性保持能力。手性指的是圓偏振光的“旋向性”，它可以是右旋的，也可以是左旋的。傳統的空腔不能區分這兩種類型的光，然而通過精心設計超表面并加入外部磁場，科學家們可以創造出只允許特定手性的光在其中有效共振的空腔。這種選擇*行為成為檢測手性分子的關鍵。

當一個手性分子被引入一個保持手性的腔時，它會與里面的光場相互作用。這種相互作用會引起透射光相位的輕微偏移，這取決于分子的手性是否與腔的共振相匹配。通過高精度測量這種相移，研究人員不僅可以檢測手性分子的存在，還可以潛在地識別它們的特定手性。

基于超表面的腔體用于旋光傳感具有許多優勢。與傳統方法相比，這些腔體提供了顯著的小型化，有可能導致緊湊和便攜的傳感設備。此外，腔體內強耦合可以增強來自手性分子的信號，從而可以檢測到極少量的分子。

基于超表面的旋光傳感領域仍處于起步階段，但它在各個應用領域具有巨大的前景。一個潛在的領域是新藥的開發，許多藥物是手性的，它們的有效性取決于其具體的手性。這些腔體可用于快速篩選和識別候選藥物的所需手性形式。

另一個令人興奮的應用領域在于材料科學。手性材料用于各種技術，例如有機發光二極管 (OLED) 和太陽能電池。基于超表面的腔體可以提供一種高靈敏的工具來表征這些材料的手性，有助于開發下一代設備。