最近我们搞了一个重大突破，付学文、任梦昕和许京军带领的南开大学团队，还有北京大学刘运全团队一起合作，在纳米和飞秒的小尺度下，把手性超表面控制光偏振的微观过程给看明白了。我们都知道，光和物质相互作用，在很小的时空尺度下到底是怎么回事儿，一直是个难啃的骨头。这次他们用自己做的超快透射电子显微镜，成功把这个过程的细节给拍下来了。这种“Γ”形金属结构特别厉害，能把光的偏振状态给改了。以前大家都是拿远场光学测量，只能看个大概，根本看不清一个小单元里光的分布和变化。这次不一样，他们用的技术是近场超快电子显微成像，直接把每个单元都看清楚了。在680到830纳米波段下激发光，他们发现水平偏振光打过去，产生的光学近场不光是对称的，还有明显的垂直不对称分量。这个分量还会随着波长变来变去。为了定量描述这个现象，他们发明了个新词叫“近场椭偏率”，结果发现它跟远场测量的结果完全对得上。 接着他们又做了电磁仿真，把这个微观过程的原理给讲明白了。原来是在730到830纳米波段，“Γ”形结构右上角那个局部的电偶极矩越来越强，跟主体结构一起凑成了不对称的电四极子模式。这个“角电偶极”随着波长增加贡献越来越大，直接导致了近场不对称和椭偏率的增加。时间分辨成像还显示出手性超表面能量耗散的速度比对称分量快25到150飞秒，这说明它在能量消散上有独特的属性。 这项成果不光是把这个过程看清楚了，还搭建了一个从微观到宏观的桥梁。这次工作展示了我国在高端显微仪器和光学基础研究上的实力，为以后做偏振编码、量子信息还有生物传感技术打下了基础。