Chiral nature of an enantiomer can be characterized by circular dichroism (CD) spectroscopy, but such a technique usually suffers from weak signal even with a sophisticated optical instrument. Recent demonstrations of plasmonic metasurfaces showed that chiroptical interaction of molecules can be engineered, thereby greatly simplifying a measurement system with high sensing capability. Here, by exploiting super-chiral field in a metasurface, we experimentally demonstrate high-sensitive vibrational CD spectroscopy of alanine enantiomers, the smallest chiral amino acid. Under linearly polarized excitation, the metasurface consisting of an array of staggered Au nano-rods selectively produces the left- and right-handed super-chiral fields at 1600 cm−1, which spectrally overlaps with the functional group vibrations of alanine. In the Fourier-transform infrared spectrometer measurements, the mirror symmetric CD spectra of D- and L-alanine are clearly observed depending on the handedness of the metasurface, realizing the reliable identification of small chiral molecules. The corresponding numerical simulations reveal the underlying resonant chiroptical interaction of plasmonic modes of the metasurface and vibrational modes of alanine. Our approach demonstrates a high-sensitive vibrational CD spectroscopic technique, opening up a reliable chiral sensing platform for advanced infrared inspection technologies.

中文翻译：

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具有超表面的超手性振动光谱用于丙氨酸对映体的高灵敏度鉴定

对映异构体的手性性质可以通过圆二色性 (CD) 光谱来表征，但即使使用复杂的光学仪器，这种技术通常也会受到弱信号的影响。最近等离子体超表面的演示表明，分子的手性相互作用可以被设计，从而大大简化具有高传感能力的测量系统。在这里，通过利用超表面中的超手性场，我们通过实验证明了丙氨酸对映体（最小的手性氨基酸）的高灵敏度振动 CD 光谱。在线性极化激发下，由一系列交错的 Au 纳米棒组成的超表面选择性地在 1600 cm-1 处产生左手和右手超手性场，这与丙氨酸的官能团振动在光谱上重叠。在傅里叶变换红外光谱仪测量中，D-和L-丙氨酸的镜面对称CD光谱根据超表面的旋向性被清楚地观察到，实现了小手性分子的可靠识别。相应的数值模拟揭示了超表面等离子体模式和丙氨酸振动模式的潜在共振手性光学相互作用。我们的方法展示了一种高灵敏度振动 CD 光谱技术，为先进的红外检测技术开辟了一个可靠的手性传感平台。相应的数值模拟揭示了超表面等离子体模式和丙氨酸振动模式的潜在共振手性光学相互作用。我们的方法展示了一种高灵敏度振动 CD 光谱技术，为先进的红外检测技术开辟了一个可靠的手性传感平台。相应的数值模拟揭示了超表面等离子体模式和丙氨酸振动模式的潜在共振手性光学相互作用。我们的方法展示了一种高灵敏度振动 CD 光谱技术，为先进的红外检测技术开辟了一个可靠的手性传感平台。