类型a：原创性研究学术报告
1. 研究作者与发表信息
本研究的通讯作者为南京航空航天大学航天学院的Fangzhou Chen（邮箱：forsterchen@hotmail.com），合作作者包括Yujia Sun、Chongjun He、Zilan Deng、Xin Li、Xiaozhi Li、Zhongyuan Zhang、Xiubao Sui、Ning Li、Weiji He等，分别来自南京航空航天大学、暨南大学光子技术研究所和南京理工大学电子工程与光电技术学院。研究成果发表于期刊Nanophotonics 2025年第14卷第5期，文章标题为《Optical Chirality of All Dielectric Q-BIC Metasurface with Symmetry Breaking》，DOI编号为10.1515/nanoph-2024-0666，于2024年11月22日收稿，2025年3月17日在线发表。
2. 学术背景与研究目标
科学领域：本研究属于纳米光子学（nanophotonics）领域，聚焦于光学超表面（metasurface）的手性调控与增强。
研究背景：手性（chirality）是物质与其镜像无法通过旋转或平移对称操作重叠的结构特性，在生物分子（如氨基酸、蛋白质）和药物分子中普遍存在。不同手性构型的分子可能具有截然不同的生物活性，例如错误的构型可能导致毒性或疾病（如帕金森症）。传统的手性检测技术（如圆二色性光谱，circular dichroism, CD）存在信噪比低、设备复杂等问题。光学超表面作为一种二维纳米材料，可通过局域场增强提升手性物质的光学响应，但金属超表面（plasmonic metasurface）存在欧姆损耗高的问题，而全介质超表面（all-dielectric metasurface）具有低损耗和高品质因子（Q因子）的优势。
研究目标：设计一种基于对称性破缺的全介质Q-BIC（准连续域束缚态，quasi-bound states in the continuum）超表面，实现近红外波段的高Q值共振（Q因子最高达247），并系统研究其对外部手性（external chirality）和近场手性（near-field chirality）的增强效应，为生物分子检测和手性催化提供新工具。
3. 研究流程与方法
3.1 Q-BIC超表面设计与仿真
- 结构设计：单元结构为不对称分裂环谐振器（split-ring resonator, SRR），由硅材料制成，基底为二氧化硅。关键参数包括周期（p=0.85 μm）、环高度（h=0.2 μm）、内外径（r=0.3 μm, r’=0.15 μm）及不对称角度（α=20°）。通过破坏C2对称性，将理想BIC转化为可观测的Q-BIC模式。
- 仿真方法：采用Lumerical FDTD软件模拟无限周期结构，设置周期性边界条件和完美匹配层。通过多极展开（multipole expansion）分析电磁模式，发现主导模式为磁偶极子（magnetic dipole），散射截面占总散射的90%以上。
- Q因子调控：Q因子与不对称参数sin²α成反比，通过调整α可定制共振线宽（Q因子最高247）。
3.2 外部手性实验与仿真验证
- 外部手性引入：通过改变圆偏振光（左旋LCP/右旋RCP）的入射角（β）和方位角（φ），在远场（far-field）激发圆二色性（CD）。仿真显示，当β=10°、φ=90°时，CD值最大（0.17）；实验测得最大CD为0.038（β=10°），共振波长随入射角红移。
- 实验系统：使用超连续激光器、宽带偏振片和四分之一波片生成圆偏振光，通过旋转样品台调节入射角，红外光谱仪测量透射率。
3.3 近场手性增强与手性转移效应
- 近场手性密度：在共振波长1.42 μm处，结构将入射光的近场手性密度（optical chirality density, C）增强22倍，主要集中在环的狭缝区域。
- 手性转移（chiral transfer）：将手性介质（κ=0.01i）涂覆于非手性超表面，通过Pasteur本构关系模拟，发现CD信号增强至物质本征值的7.86倍（最大CD=0.0055），而手性介质在紫外区的本征CD仅为7×10⁻⁴。
4. 主要结果与逻辑关联
- 高Q共振：对称性破缺成功将BIC转化为Q-BIC，仿真与实验均验证了尖锐的共振波形（图2a, 4d）。
- 远场CD调控：入射角与方位角的优化使CD值最大化，为手性传感提供可控参数（图3d-f）。
- 近场增强：22倍的手性密度增强可提升手性分子与光的相互作用效率（图5a-b）。
- 手性转移：非手性超表面通过手性介质诱导CD信号，解决了手性物质在近红外无共振的难题（图6a）。
5. 研究结论与价值
科学价值：
1. 提出了一种基于对称性破缺的全介质Q-BIC超表面设计方法，实现了高Q值（247）和强手性调控。
2. 揭示了近场手性增强与远场CD的关联机制，为手性光学提供了新理论框架。
应用价值：
1. 手性传感：可检测低浓度生物分子（如蛋白质构象）。
2. 手性催化：通过近场增强调控分子结晶的手性概率。
3. 光学器件：为圆偏振光调制器和手性成像器件提供设计思路。
6. 研究亮点
- 创新结构：不对称环形单元设计结合Q-BIC原理，实现高Q值与手性响应双重优化。
- 多尺度验证：从仿真（Lumerical FDTD、COMSOL）到实验（电子束光刻、ICP刻蚀），系统验证了性能。
- 跨领域应用：将BIC概念拓展至手性光学，为生物医学与材料科学提供交叉工具。
7. 其他价值
- 公开数据集可通过通讯作者获取，支持后续研究复现。
- 补充材料包含仿真参数、多极展开公式和样品尺寸测量方法（DOI: 10.1515/nanoph-2024-0666）。