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  電磁超材料將特定亞波長(zhǎng)單元結(jié)構(gòu)進(jìn)行人工排列組合，可通過(guò)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)單元及其排布方式來(lái)定制等效材料屬性，自由地構(gòu)造材料的電磁特性，帶來(lái)全新的物理現(xiàn)象和應(yīng)用。水凝膠材料生物親和性高、受外界水環(huán)境刺激可以發(fā)生自發(fā)性的動(dòng)態(tài)形變，有望實(shí)現(xiàn)生物材料相關(guān)的動(dòng)態(tài)超材料�，F(xiàn)有水凝膠人工材料的結(jié)構(gòu)分辨率僅限于微米尺度或更大的特征尺寸，限制了納米尺度上的亞波長(zhǎng)單元結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，并妨礙了相關(guān)超表面材料的進(jìn)一步應(yīng)用。

  近期，杭州電子科技大學(xué)浙江省磁性研究院張鑒研究員團(tuán)隊(duì)與相關(guān)單位聯(lián)合研發(fā)，利用電子束曝光技術(shù)突破高精度水凝膠納米結(jié)構(gòu)的制備，在亞波長(zhǎng)尺度上獨(dú)立操縱、自由設(shè)計(jì)水凝膠單元結(jié)構(gòu)參數(shù)，通過(guò)與金屬層耦合實(shí)現(xiàn)等離激元極化共振，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)多波段的高分辨率等離激元結(jié)構(gòu)色(圖1)。水凝膠中存在大量親水基團(tuán)，在環(huán)境濕度變化時(shí)存在吸濕膨脹特性。本工作通過(guò)氛圍原子力顯微鏡證實(shí)了曝光后水凝膠納米結(jié)構(gòu)仍然存在濕度誘導(dǎo)下的動(dòng)態(tài)形變響應(yīng)，并且在暗場(chǎng)下微區(qū)光學(xué)觀測(cè)到了不同濕度下特征波長(zhǎng)的漸變調(diào)諧。進(jìn)而通過(guò)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了納米級(jí)像素點(diǎn)變色，濕度光學(xué)圖像加密，以及光束偏折調(diào)控功能。該工作以“Hydrogel-Based, Dynamically Tunable Plasmonic Metasurfaces with Nanoscale Resolution”為題發(fā)表在《Small》上（Small, 2022, 2205057）。文章論文第一單位為杭州電子科技大學(xué)，第一作者為杭電張鑒研究員、浙大李強(qiáng)教授、武大代塵杰博士，通訊作者為武大李仲陽(yáng)教授、杭電張雪峰教授和韓國(guó)弘益大學(xué)Won-Kyu Lee教授。該研究得到國(guó)家自然科學(xué)基金委、浙江省科學(xué)技術(shù)廳和韓國(guó)國(guó)家研究基金會(huì)的支持。 

圖1. a) 銀層上水凝膠納米點(diǎn)陣列的制備過(guò)程；b) 所制備的水凝膠納米點(diǎn)陣列面示意圖；c) 實(shí)現(xiàn)不同直徑水凝膠納米點(diǎn)陣列(直徑D：188 nm~237 nm)的SEM圖像；d) 不同直徑水凝膠納米點(diǎn)陣列的暗場(chǎng)下反射光譜，以及e) 暗場(chǎng)顯微鏡觀測(cè)下的結(jié)構(gòu)色顏色。 

圖2. 利用氛圍原子力顯微鏡，觀測(cè)干燥(0.2% RH)和飽和(~97% RH)濕度下水凝膠納米點(diǎn)陣列的a) 形貌變化以及相應(yīng)的b) 橫截面輪廓變化，證實(shí)其膨脹形變行為。c) 利用兩種直徑的點(diǎn)陣復(fù)合，形成濕度加密的二維碼圖像。d) 暗場(chǎng)顯微鏡下觀測(cè)高分辨率水凝膠結(jié)構(gòu)色的變色行為。e) 利用三種直徑水凝膠納米點(diǎn)構(gòu)成具備相位梯度的陣列排布，利用其膨脹實(shí)現(xiàn)光束偏折調(diào)制。

  原文鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/smll.202205057