近日，中國科學(xué)院理化技術(shù)研究所研究員李明珠課題組和復(fù)旦大學(xué)教授石磊課題組合作，在新型手性結(jié)構(gòu)色材料研究方面取得進(jìn)展。該研究發(fā)現(xiàn)了基于聚合物材料的微半球具有寬帶可調(diào)和多重偏振態(tài)可調(diào)的手性結(jié)構(gòu)色，解決了傳統(tǒng)手性結(jié)構(gòu)色材料依賴特殊的成分、精細(xì)的納米結(jié)構(gòu)和單一的偏振調(diào)制等問題，有望在立體顯示、生物傳感、量子通信和信息安全等領(lǐng)域得到應(yīng)用。
手性結(jié)構(gòu)色材料具有多重光學(xué)可調(diào)自由度，能夠攜帶高維信息，是大容量信息存儲和加密的理想材料。受自然界生物的啟發(fā)，有研究開發(fā)出具有增強(qiáng)手性活性、動態(tài)手性和可調(diào)顏色的人工手性結(jié)構(gòu)色材料，但這些人工手性結(jié)構(gòu)色材料受限于特殊的成分和精密的納米結(jié)構(gòu)。同時，這些材料通常展現(xiàn)出單手性，限制了其調(diào)控光的多重偏振態(tài)的能力。因此，開發(fā)簡單易制備、具有全偏振操縱能力的手性結(jié)構(gòu)色材料頗具挑戰(zhàn)性。
該研究發(fā)現(xiàn)，聚合物材料制備的微半球手性結(jié)構(gòu)色材料即微半球，具有偏振依賴的手性光學(xué)響應(yīng)特點，且其不對稱因子達(dá)1.998。研究在理論和實驗上證明，微半球的手性光學(xué)響應(yīng)是來源于線偏振光入射時，線偏振光的兩個分量即s分量和p分量之間經(jīng)過多次全內(nèi)反射產(chǎn)生π/2的相位差。微半球的結(jié)構(gòu)色和圖案可由簡便、精確、高效的數(shù)字打印方法編程定制。同時，研究顯示，微半球具有多重的偏振態(tài)和寬帶可調(diào)的手性光學(xué)響應(yīng)。研究利用微半球反射光偏振態(tài)的非均勻空間分布特點，通過調(diào)控入射光的偏振方向，實現(xiàn)了全彩結(jié)構(gòu)色亮度的連續(xù)精確調(diào)控。微半球的色調(diào)和亮度對其形態(tài)和入射偏振方向非常敏感，因此可以通過設(shè)計微半球的排列和入射光的偏振角來編碼不同信息。
進(jìn)一步，該研究模仿基于虹膜的身份識別系統(tǒng)，提出了將微半球與隱形眼鏡集成來實現(xiàn)新型身份認(rèn)證的策略。研究通過設(shè)計同心圓弧的數(shù)量、形貌、取向、顏色和偏振，實現(xiàn)了五重加密功能。當(dāng)同心圓弧的數(shù)量、形貌、取向、顏色和偏振都是4種類型的情況下，即可實現(xiàn)232種編碼容量。這表明，將微半球集成到隱形眼鏡中，可以為提升個人身份信息安全開辟新途徑，并可能通過整合不同的光學(xué)元件來實現(xiàn)人機(jī)交互。
上述研究發(fā)現(xiàn)并證明了微半球的手性結(jié)構(gòu)色。這一微半球作為一種光學(xué)編碼，具備顏色、偏振、圖案等多個自由度，具有擴(kuò)大存儲容量和提高信息安全性的優(yōu)點，在顯示、信息存儲、數(shù)據(jù)安全等方面具有應(yīng)用潛力。
相關(guān)研究成果發(fā)表在《美國國家科學(xué)院院刊》（PNAS）上。研究工作得到國家自然科學(xué)基金、國家重點研發(fā)計劃和中國科學(xué)院相關(guān)項目等的支持。
論文鏈接
微半球手性結(jié)構(gòu)色材料的光學(xué)特征
微半球手性結(jié)構(gòu)色材料與隱形眼鏡集成用于身份認(rèn)證
本文鏈接：新型手性結(jié)構(gòu)色材料研究取得進(jìn)展http://m.sq15.cn/show-12-833-0.html
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