2026年3月11日——哈佛大学约翰·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装置，该装置只需旋转两个特殊设计的光子晶体，就能动态控制光通过时的“手性”（即光学手性）。

这项由物理学与应用物理学Balkanski讲席教授Eric Mazur实验室的博士生杜凡主导的研究，描述了一种可重构的扭曲双层光子晶体结构，可通过集成微机电系统（MEMS）实现实时调控。这一突破为先进的手性传感、光通信和量子光子学开辟了新途径。

“手性在科学各领域都至关重要——从制药、化学、生物学到物理和光子学，”Mazur表示，“通过将扭曲光子晶体与MEMS集成，我们不仅从物理学角度构建了强大平台，还与现代光子学制造工艺兼容。”

光子晶体是纳米制造材料，其尺寸仅针尖大小，可用于操纵纳米级波长的光，在当今计算、传感和高速通信的光学元件中至关重要。Mazur实验室借鉴因扭曲双层石墨烯而闻名的扭曲电子学原理，将光子晶体工程推向新领域。近年来，该团队通过堆叠氮化硅图案化薄膜并旋转获得新特性，开创了扭曲双层光子晶体研究。

扭曲光子晶体

发表在《Optica》的新研究中，该团队证明扭曲双层光子晶体是控制光手性的强大平台，因为扭曲自然引入了器件的内置左右不对称性。手性描述无法与其镜像重合的物体（如左右手）。在光学中，手性既存在于材料结构，也表现为光传播时沿特定方向螺旋前进的特性。手性光可呈现顺时针旋转（右旋圆偏振）或逆时针旋转（左旋圆偏振）。

这些光传播特性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性质相同但生物效应相反的镜像分子，最著名的案例是上世纪50年代的沙利度胺——其右旋分子结构可缓解孕妇晨吐，但左旋镜像分子却导致胎儿畸形。

传统手性光探测通常使用波片和线性偏振器等静态偏振光学元件，这些器件只能检测有限范围的偏振态。

可调谐特性

相比之下，哈佛团队的新器件设计精巧且具备可调谐性——无需更换部件即可调节对不同手性光的响应。关键在于双层设计：当两个光子晶体近距离扭曲叠加时，组合结构产生几何手性从而“读取”手性光。在垂直入射条件下，两层光学模式的强耦合会导致左右旋圆偏振光产生显著不同的透射率。

通过MEMS装置连续改变扭转角和层间距，该团队实现了器件内在手性识别能力的调控，其区分光“手性”的选择性可达理论极限值。

该论文为具有光学手性的扭曲双层晶体提供了通用设计框架。虽然目前是概念验证，但这项研究可能为手性传感（通过调谐器件探测不同波长的手性分子）和光通信动态光调制器（实现片上光控制）等未来应用铺平道路。