twitter 裸舞 徐挺、陆延青团队在纳米结构色参议中赢得新进展

近日twitter 裸舞，南京大学当代工程与应用科学学院徐挺训诫、陆延青训诫团队研发出一种基于名义等离子体共振伙同旋光效应的超构名义，该超构名义能从频率、偏振、振幅等多个维度调控光，进而产生高有余度、高服从、明暗蚁合的结构色。

不同于从有限波长带宽的光源中发出的彩色光，咱们在生涯中时时不雅察到的色彩源自于光与物体的相互作用。以最老到的染料和神思为例，它们的化学分子组成能接管当然光或白光光源中某个特定波段从而反射出余下的波段形成色彩。然则，这类有机染料的化学性质不屈定，深远在较强的紫外线下或是十分湿气的环境下，它们的色彩就会逐渐褪去。在本体应用中，染料和神思也无法用在需要超高辞别率的彩显技能中。这一系列的问题使得参议学者们驱动眷注新的彩色自大技能。在大当然中，有好多十分秀好意思的色彩，本体上并不是色素形成的，而是源于光与微米级结构的相互作用。

受到这一启发，科学家们驱动发奋于于应用东谈主工微纳结构来产生色彩的参议。在昔时的几十年里，集成电子学一直茁壮地发展。如今光刻技能所能加工出的线条越来越小，这将翻新性地削弱集成电路尺寸、普及半导体器件的集成度和使用品性。比拟之下，典型的光学元器件由于受到光学衍射极限的松手，其尺寸一般仍处在几十倍以致几百倍于波长的量级上，严重制约了光学器件的尺寸。在可见光频段，金属动作一种有损耗的绪言，其相应的介电常数也由复数体式抒发。当特定波长的电磁波与金属微纳结构相互作用时，会激励一种存在于金属和介质交壤面的电子集群回荡，称为名义等离子体。名义等离子体共振阵势的产生使得金属微纳结构能透过概况反射某些频段的光从而产生色彩，这也为将金属材料用到显色器件中或是杀青彩色打印技能提供了物理要求并成为近几年海外上的一个参议热门。关联词金属材料在光波段的损耗会大大减少所产生的色彩的有余度，影响色度范围的同期还裁减了显色的亮度。除此除外，要杀青超蚁合的色彩明暗度变化以及怎么大量量的完成器件制备依旧是大挑战。

为了处理这些问题，参议团队提议并执行考据了一种名义浮雕式的全银结构。通过对结构尺寸参数的优化并收受了电子束曝光辅以模板翻转工艺的加工技能，高质料的纳米银结构得以制备，其产生的色彩具有高有余度、广色域、高服从、明暗蚁合变化等上风。图1展示了纳米银结构的细节以及像素化超构名义用于显色的主见。

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图1 (a)超构名义的俯瞰图，红色虚线表示一个仿真单位。(b)超构名义的斜睨图。(c)像素化超构名义用于产生不同色彩的主见表示图。

与此前国表里的联系参议比拟，本参议的最大亮点在于，不但不错产生高服从广色域范围的全色彩自大，还能同期杀青高有余度及明暗强度超蚁合变化的色彩。历史上知名的油画时常齐呈现出了极强的脉络感和立体感，这齐收货于大家作者绘图技法及作风上的形骸安逸、收尾细巧，用较复杂的多层神思堆叠的技法以使色彩稳重融合，明暗过渡平滑。要思应用光与微纳结构的相互作用而绘出如斯细巧的油画，简直对结构的打算以及微纳加工的工艺来说齐是一个不小的挑战。图2呈现了显微镜下拍摄的基于超构名义的微缩版油画。字据前述表面，超构名义每个像素所产生的色彩及明暗度就由纳米银槽阵列的尺寸和旋转宗旨决定，由于超广的色域和超蚁合的明暗变化，即必有一种纳米结构的尺寸和旋转宗旨组合使得该像素产生的色彩能近乎好意思满地接近于原作中同位置的色彩。由于本技能中色彩的产生还依赖于偏振片，那么检偏片自身也不错动作一种开关来杀青图像的呈现与隐没，在一定历程上，该技能不错用作对高价值物品的防伪，即在图像中编码某些特定翰墨或代码，而这些标识只消在一些特殊要求下才调呈现出来。

图2 (a)模板打算原则；(b)珍珠耳饰的青娥；(c)蒙娜丽莎；(d)岩间圣母，比例尺均为200 μm。

该责任提议了一种具有色散旋光效应的全银超构名义结构来产生高有余度、高服从、广色域、明暗蚁合变化的结构色。模板翻转工艺使得该超构名义能被大量量的制备。该责任为科学与艺术之间架起了一座桥梁，也在纳米彩色打印、微纳自大、光学加密、隐写术等应用界限表现出了后劲。

联系效果被发表在《Nature Nanotechnology》期刊上，题为Versatile full-colour nanopainting enabled by a pixelated plasmonic metasurface（doi:10.1038/s41565-022-01256-4）。南京大学当代工程与应用科学学院副参议员宋茂文、封雷为共同第一作者，电子学院闫锋训诫赐与了蹙迫建议，现工院博士后刘明泽、霍鹏程副参议员对本文亦有蹙迫孝顺。现工院徐挺训诫和陆延青训诫为通信作者。本责任受到国度当然科学基金等技俩复古，并得到东谈主工微结构科学与技能协同创新中心、固体微结构物理国度要点执行室等平台的鼎力复古。