藍相液晶（BPLCs）是以雙扭柱結構為基本組裝單元，自組裝形成的三維立方晶格超材料，具有獨特的手性光學、全向光子帶隙與快速電光響應特性，在超快顯示、可調諧激光器及集成光子學領域前景廣闊。實現藍相液晶在微納尺度上的精確圖案化、單疇控制及相態(tài)操縱，是將其優(yōu)異光學性能轉化為高性能光子器件的關鍵，然而傳統(tǒng)方法在分辨率、疇區(qū)質量與相態(tài)精確調控方面面臨挑戰(zhàn)。

　　近日，中國科學院理化技術研究所團隊提出了一種軟約束組裝策略，制備了高分辨率、高有序度的單疇藍相液晶微腔陣列，揭示了曲率依賴的相態(tài)操控機制，并構建了集幾何、相態(tài)、結構色與激光信號于一體的四模態(tài)光學加密系統(tǒng)，為動態(tài)防偽與安全通信提供了解決方案。

　　團隊通過設計具有精確微溝槽結構的聚二甲基硅氧烷模板，并利用其空間限域效應引導BPLCs的定向成核、生長與組裝。研究發(fā)現，微溝槽的幾何限制可控制BPLCs的成核位點與排列，其曲率成為調控相變動力學的關鍵參數。彎曲溝槽可明顯降低BPLCs從BPII到BPI相變的成核能壘，在相同降溫條件下，實現比直溝槽更快的相變速率，該發(fā)現為通過“曲率編程”來控制材料局部相態(tài)提供了新原理。

　　基于此原理，研究團隊制造了分辨率達1270PPI的單疇BPLC微腔陣列。該陣列表現出均勻的光學特性與優(yōu)異的激光性能，閾值低至128μJ cm-2，品質因子達約1.3×104。團隊利用曲率對相態(tài)的差異化調控能力，一次性在同一基底上集成了具有不同相態(tài)（各向同性態(tài)、BPII、BPI）的復雜圖案。

　　以此為基礎，團隊展示了一個四模態(tài)光學加密系統(tǒng)。該系統(tǒng)將信息（如“TIPC”字樣）編碼于不同曲率的微溝槽中。在初始高溫（加密）狀態(tài)下，僅部分區(qū)域顯示BPII的藍色結構色，且信息被隱藏。隨著溫度降低（解密），不同曲率區(qū)域發(fā)生異步相變，最終呈現出由綠色（BPI）和藍色（BPII）區(qū)域組成的預定圖案。同時，不同相態(tài)區(qū)域對應著不同的激光信號（無激光、放大自發(fā)輻射、激光），構成了第四重動態(tài)驗證維度。這種融合了形貌、相態(tài)、顏色與激光的多維信息加密方案，提升了防偽的安全等級與復雜性。

　　該研究發(fā)展了高效制備高性能BPLC微腔陣列的普適性策略，揭示了曲率對軟物質三維超結構相行為的調控規(guī)律，也開拓了多維光學加密與動態(tài)防偽的新范式，對推動軟光子學在集成光學芯片、信息安全等領域的應用具有重要意義。

　　相關研究成果發(fā)表在《美國化學會志》（Journal of the American Chemical Society）上 。研究工作得到國家自然科學基金委員會等的支持

高分辨率BPLCs微腔陣列的制備與表征

整合相位狀態(tài)、結構色、形狀及激光信號的四模態(tài)光學加密技術