等离子体手性光学材料在3D显示、手性合成和信息存储等领域至关重要，尤其近红外区域的响应在生物医学应用中极具潜力。该类材料主要基于微纳加工、化学合成和手性模板组装等方式制备，其中通过光刻、掠射角沉积等微纳加工方法获得的结构受限于复杂制备工艺，且缺乏可调控性。而现有纳米颗粒手性组装材料的圆二色信号（CD）和光学不对称因子（g-factor）通常较低，且动态调控能力有限。如何构建在可见到NIR区域具有高手性光学响应的等离子体薄膜，并对其进行动态调控，已成为等离子体手性光子学领域重要的科学问题之一。
图1. 利用等离子纳米颗粒线性组装结合拉伸的弹性基底构筑手性光学结构
近期，上海科技大学物质科学与技术学院叶春洪教授团队，通过将具有线二色性的等离子体纳米颗粒组装体与具有双折射性质的弹性基底相结合，制备了等离子体纳米颗粒复合薄膜。这种等离子体纳米颗粒复合薄膜在近红外区域具有高达40 degree的CD，其 g-factor高达1.71，接近理论极限值2，是已报道的手性等离子体纳米颗粒组装结构中最高值。该工作以Dynamic mechanical modulation of chiroptical structures via linearly assembled plasmonic nanoparticles on birefringent polymer films”为题发表在Nature Communications上（Nat. Commun. 2025, 16, 5156）。上海科技大学物质科学与技术学院叶春洪课题组助理研究员孟晓、2024届博士研究生贺义升为论文的共同第一作者，叶春洪副教授为唯一通讯作者，美国佐治亚理工学院Vladimir V. Tsukruk教授课题组参与了该项工作。该研究得到了国家自然科学基金、上海市扬帆基金等项目的资助。
图2. 拉伸弹性基底的双折射性质（a-d）和金纳米颗粒线性组装体的线二色性（e-f）
该工作基于模板辅助自组装，在高分子弹性基底上实现了了大面积、高度有序的金纳米颗粒（AuNSs）线形组装。其中AuNSs呈现相互平行的阵列形貌，颗粒之间紧密接触，产生强烈的等离子体共振效应，基于长程等离子体共振效应，该组装结构在近红外区具有光学响应。且该各向异性的AuNSs线形组装具有线二色性，在长程等离子体共振波段（波长920 nm）的线二向色性比达到0.73。另一方面，弹性高分子基底在机械力拉伸下，实现分子链取向，使其具有双折射性质，提供相位延迟。因此，该光学薄膜结合了线二色性和双折射性质，分别起到类线偏振片和波片的作用，进而获得响应波段覆盖可见光到近红外区的超高CD信号。
作者进一步探究了CD信号的正负，以及大小的影响因素，发现线二色性越强、相位延迟接近90 degree，则CD越强。且通过改变AuNSs和拉伸PDMS的夹角可以实现CD信号的强度和正负的调控。
图3. 手性光学性质的动态调控
并且，通过动态拉伸弹性基底的拉伸率，可实现相位延迟的实时调控，并且通过改变AuNSs线形组装与基底拉伸方向的夹角，可以实现手性光学信号在强度、正负、波长三个维度的动态、可逆调控。
图4. 金纳米颗粒与不同双折射材料结合获得手性光学信号
这一策略具有普适性，可扩展至其他具有相位延迟作用的高分子薄膜材料，如：聚乙烯、聚氯乙烯和聚对苯二甲酸乙二醇酯等。在加工过程中，该类高分子在剪切和拉伸应力作用下，具有一定的分子取向，赋予了其一定的双折射性质。通过结合等离子体纳米颗粒线形组装体，均在可见光区至近红外区得到了信号强且可控的手性光学信号。
本研究为构建柔性等离体体手性光学薄膜提供了一种有效的策略，其手性光学活性的超大不对称性和可调性在光学器件、传感、手性合成等领域具有广阔的应用前景。
该工作是团队近期关于等离子体纳米颗粒构建手性光学材料及动态调控相关研究的进展之一。近年来，叶春洪课题组在等离子体手性光学方向推进了一系列的工作。包括借助折纸结构在刺激条件下自发地由2D薄膜转变为3D结构的形变行为，使在薄膜表面初始态为紧密直线型排列的金纳米颗粒转变为三维空间的螺旋线结构，从而获得手性光学特性（Advanced Materials, 2023, 35, 2303595）；通过将响应性手性多肽纳米纤维作为模板，通过静电相互作用，诱导金纳米颗粒自组装，获得可调控的手性组装结构和手性光学信号（Adv. Optical Mater, 2024, 12, 2302728）；利用弹性基底表面微褶皱构建将附着在其表面的线型排列的金纳米颗粒组装体转变为手性“S”型结构，通过机械拉伸动态调控表面微结构，实现手性结构及其光学性质的动态调控（Small 2025, 21, 2407635）
原文链接：https://www.nature.com/articles/s41467-025-60165-x
