哈佛大学约翰·A·保尔森工程与应用科学学院（SEAS）的研究人员开发出一种芯片级设备，通过简单扭转两个特殊设计的光子晶体，即可动态控制光线穿透时的“手性”——即其光学手性。
这项由巴尔坎斯基物理与应用物理学教授埃里克·马祖尔实验室的研究生范杜领导的研究，描述了一种可重构的扭曲双层光子晶体，可通过集成微机电系统（MEMS）进行实时调谐。该突破为先进手性传感、光通信和量子光子学开辟了新前景。
“手性在诸多科学领域至关重要——从制药到化学、生物学，当然也包括物理学和光子学，”马祖尔指出，“通过将扭曲光子晶体与MEMS集成，我们构建的平台不仅在物理学层面极具潜力，更与现代光子学制造工艺高度兼容。”
光子晶体是可置于针尖的纳米级材料，用于操控纳米波长光线，在当今计算、传感和高速通信领域的众多光学元件中具有重要作用。马祖尔实验室借鉴扭曲电子学原理（该领域因扭曲双层石墨烯的发现而闻名），正将光子晶体工程推向新领域。近年来，其团队通过堆叠两层图案化氮化硅薄膜并进行旋转，开创性地制备出扭曲双层光子晶体，从而获得全新特性。
在最新研究中，他们发现扭曲双层光子晶体是调控光手性的强大平台，因为扭曲结构天然赋予器件内在的左右不对称性。手性描述的是无法与镜像重合的物体，如同左右手之别。
在光学领域，手性既体现在手性材料与结构中，也存在于手性光中——这种光在传播时会沿特定方向形成螺旋轨迹。手性光可顺时针旋转（表现为右旋圆偏振）或逆时针旋转（表现为左旋圆偏振）。
这些光传播方式的差异虽微小却至关重要。例如有机化学家必须能区分化学结构相同但生理效应相异的镜像药物分子。最著名的案例当属沙利度胺：这是一种20世纪50年代的药物，其右旋分子结构可治疗孕妇晨吐，而左旋镜像体却会导致胎儿畸形。
手性光常用于探测手性结构，通常借助波片、线偏振片等传统偏振光学元件。这些设备属于静态装置，仅能检测有限范围的偏振状态。
相比之下，哈佛大学研究人员的新型器件采用精妙设计实现了可调性——即无需更换任何部件即可调节器件对不同类型手性光的响应强度。其核心在于双层结构设计：当两个光子晶体紧密结合并扭转时，复合结构便形成几何手性，从而能够“读取”手性光。层间光学模态的强耦合效应，使得在“正常入射”条件下（即极化光垂直入射表面时），左旋与右旋圆偏振光的透射率呈现显著差异。
通过利用MEMS器件连续调节扭转角度与层间距，研究团队成功将器件解读不同手性光模态的能力调谐至接近理论极限——实现了对光“手性”的完美选择性识别。
该论文为展现光学手性的扭曲双层晶体提供了通用设计框架。尽管目前仍处于概念验证阶段，这项研究有望为未来应用铺平道路：在手性传感领域，设备可调谐以在不同波长探测不同手性分子；在光通信领域，动态光调制器将实现芯片级光控。
