藍相液晶（BPLCs）是以雙扭柱結(jié)構(gòu)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(xué)、全向光子帶隙與快速電光響應(yīng)特性，在超快顯示、可調(diào)諧激光器及集成光子學(xué)領(lǐng)域前景廣闊。實現(xiàn)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(xué)性能轉(zhuǎn)化為高性能光子器件的關(guān)鍵，然而傳統(tǒng)方法在分辨率、疇區(qū)質(zhì)量與相態(tài)精確調(diào)控方面面臨挑戰(zhàn)。

　　近日，中國科學(xué)院理化技術(shù)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(gòu)建了集幾何、相態(tài)、結(jié)構(gòu)色與激光信號于一體的四模態(tài)光學(xué)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(shè)計具有精確微溝槽結(jié)構(gòu)的聚二甲基硅氧烷模板，并利用其空間限域效應(yīng)引導(dǎo)BPLCs的定向成核、生長與組裝。研究發(fā)現(xiàn)，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(diào)控相變動力學(xué)的關(guān)鍵參數(shù)。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(xiàn)比直溝槽更快的相變速率，該發(fā)現(xiàn)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(xiàn)出均勻的光學(xué)特性與優(yōu)異的激光性能，閾值低至128μJ cm-2，品質(zhì)因子達約1.3×104。團隊利用曲率對相態(tài)的差異化調(diào)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(fù)雜圖案。

　　以此為基礎(chǔ)，團隊展示了一個四模態(tài)光學(xué)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(jié)構(gòu)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(xiàn)出由綠色（BPI）和藍色（BPII）區(qū)域組成的預(yù)定圖案。同時，不同相態(tài)區(qū)域?qū)?yīng)著不同的激光信號（無激光、放大自發(fā)輻射、激光），構(gòu)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(fù)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(zhì)三維超結(jié)構(gòu)相行為的調(diào)控規(guī)律，也開拓了多維光學(xué)加密與動態(tài)防偽的新范式，對推動軟光子學(xué)在集成光學(xué)芯片、信息安全等領(lǐng)域的應(yīng)用具有重要意義。

　　相關(guān)研究成果發(fā)表在《美國化學(xué)會志》（Journal of the American Chemical Society）上 。研究工作得到國家自然科學(xué)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(jié)構(gòu)色、形狀及激光信號的四模態(tài)光學(xué)加密技術(shù)