光アンテナ理論に触発されたキラル光設計と検出

キラルの金属ナノ構造は、円形偏光よりも高度にねじれているエバネッセントフィールドを生成できます。ただし、この現象をどのように活用するのが最善かは不明のままで、キラルの電磁界の最適な利用を妨げています。ここでは、光学アンテナ理論に触発されて、キラルアンテナパラメーターを導入することにより、この課題に対処します：キラリティフラックス効率とキラルアンテナアパーチャ。キラリティ保存に基づいたこれらの量は、キラル光の生成と散逸を定量化します。次に、キラリティフラックス効率を測定するラベルフリーの実験技術であるキラリティフラックス分光法を提示し、遠いフィールドのキラルの近距離地域に関する貴重な情報を提供します。この原理は、2次元のキラル結合ナノロッドアンテナを使用して理論的および実験的に検証されており、そのためにキラルが磁気電気分極率に直線的に依存していることが示されています。この基本システムは、キラルの電磁界を定量化するための概念を確認し、分子キラリティの超高感度検出または光学情報ストレージと転送など、広く調整可能なキラル光学アプリケーションへの道を開きます。

Chiral metallic nanostructures can generate evanescent fields which are more highly twisted than circularly polarized light. However, it remains unclear how best to exploit this phenomenon, hindering the optimal utilization of chiral electromagnetic fields. Here, inspired by optical antenna theory, we address this challenge by introducing chiral antenna parameters: the chirality flux efficiency and the chiral antenna aperture. These quantities, which are based on chirality conservation, quantify the generation and dissipation of chiral light. We then present a label-free experimental technique, chirality flux spectroscopy, which measures the chirality flux efficiency, providing valuable information on chiral near fields in the far field. This principle is verified theoretically and experimentally with two-dimensionally chiral coupled nanorod antennas, for which we show that chiral near and far fields are linearly dependent on the magnetoelectric polarizability. This elementary system confirms our concept to quantify chiral electromagnetic fields and paves the way toward broadly tunable chiral optical applications including ultrasensitive detection of molecular chirality or optical information storage and transfer.