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  電磁超材料將特定亞波長單元結(jié)構(gòu)進行人工排列組合，可通過設計結(jié)構(gòu)單元及其排布方式來定制等效材料屬性，自由地構(gòu)造材料的電磁特性，帶來全新的物理現(xiàn)象和應用。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)性的動態(tài)形變，有望實現(xiàn)生物材料相關(guān)的動態(tài)超材料。現(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單元結(jié)構(gòu)設計，并妨礙了相關(guān)超表面材料的進一步應用。

  近期，杭州電子科技大學浙江省磁性研究院張鑒研究員團隊與相關(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，在亞波長尺度上獨立操縱、自由設計水凝膠單元結(jié)構(gòu)參數(shù)，通過與金屬層耦合實現(xiàn)等離激元極化共振，進而實現(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，在環(huán)境濕度變化時存在吸濕膨脹特性。本工作通過氛圍原子力顯微鏡證實了曝光后水凝膠納米結(jié)構(gòu)仍然存在濕度誘導下的動態(tài)形變響應，并且在暗場下微區(qū)光學觀測到了不同濕度下特征波長的漸變調(diào)諧。進而通過結(jié)構(gòu)設計實現(xiàn)了納米級像素點變色，濕度光學圖像加密，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，第一作者為杭電張鑒研究員、浙大李強教授、武大代塵杰博士，通訊作者為武大李仲陽教授、杭電張雪峰教授和韓國弘益大學Won-Kyu Lee教授。該研究得到國家自然科學基金委、浙江省科學技術(shù)廳和韓國國家研究基金會的支持。 

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

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

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