南大陸延青教授&胡偉副教授團隊：在光控軟物質疇工程領域取得新進展

【成果簡介】

南大現代工學院陸延青教授、胡偉副教授團隊與國內外研究機構合作，將液晶光配向技術用于誘導軟物質有序生長，實現了藍相軟晶格指向的有序性、微域化和圖案化。相關研究成果于11月8日以題為“Photonic Crystals: Light-Patterned Crystallographic Direction of a Self-Organized 3D Soft Photonic Crystal”發表在Advanced Materials上，并被選作封面論文。??　　 ?　

【圖文導讀】

圖1 光控軟物質疇工程：藍相軟晶格指向的有序性、微域化和圖案化?

圖2 光控軟物質疇工程系列工作：從膽甾相、近晶A相到藍相

【研究內容】

物質結構的有序性詮釋了自然界的神奇與和諧，蝴蝶翅膀絢麗的結構色、DNA雙螺旋等呈現給我們一個五彩斑斕的世界，同時也激發了科學家們的好奇心和探索欲望。晶體是這種微觀秩序的典型代表，其展現出對量子（電子、光子等）傳輸、自旋和布居等行為的操控，被廣泛地應用于電子學和光子學領域。有序性會直接影響晶體材料對量子的操控，因而實現晶格的有序排列至關重要。常規的晶體生長技術包括熔體生長法、溶液生長法、氣相生長法和外延法。隨著微納科學的發展，控制實現晶面指向的微域化以及形成有序-無序交替的周期或準周期微圖案化晶格排列因其蘊含著豐富的物理內涵和應用潛力而引起人們的關注。液晶是一類典型的具有自組裝行為的軟物質材料，其分子排列長程有序，呈現多元化（力、熱、光、電、磁等）的外場響應特性。當引入強手性作用時，在特定溫度下，液晶分子呈現奇異的雙螺旋排列，并自組裝形成立方晶格而生成藍相。藍相晶格尺度與光波長可比擬，呈現出針對特定頻率范圍的光子局域特性，是一種自組裝軟光子晶體。與其它晶體類似，藍相液晶由熵變主導其晶格生長，晶格指向通常無序，因而降低了其光學效率。如果能夠控制該軟晶格指向，并實現晶格排列的有序性、微域化、圖案化，將帶來巨大的科學研究價值和工程應用意義。

該團隊采用原創的動態掩膜光配向技術控制錨定條件實現晶格指向的有序，并據此實現了周期方格、同心圓環、叉形光柵以及數字圖形等任意微晶圖案的制備。利用K?ssel衍射對比了取向與非取向區域的晶格指向有序性差異：在取向區域衍射圖案呈現規則的圓環；非取向區域則呈現模糊的多曲線疊加，直觀的證明了取向控制對晶格排列有序性的影響。藍相的有序取向區與無序區域對特定頻率光的反射率差異顯著，可用于振幅調制的衍射元件制備。與其它晶體相比，該軟晶格呈現出弱電調控的特性。電場作用將導致晶格結構畸變，反射波長紅移，電場撤去后，反射波長回歸初始位置。另一方面，得益于光取向材料的可擦寫性，藍相微晶圖形可反復擦寫，在可實時重構光子學領域具有重要意義。

以液晶材料為代表的光控疇工程是軟物質領域的新生熱點，我院在該領域做出了引領性的工作，近兩年已在AM系列發表了三篇封面文章，從膽甾相、近晶A相到藍相做了系統的研究工作，并基于此類人工微晶疇進行了偏振成像、粒子操控、腔模激射等方面的應用探索，有望產生一系列新的突破。華東理工大學鄭致剛教授、袁從龍同學和南大胡偉副教授為本文并列一作，南大陸延青教授、俄亥俄州立大學李國強教授和肯特州立大學李全教授（南大兼職教授）為共同通訊聯系人。南大研究生唐明劼同學、華東理工大學沈冬教授、中科院物理所葉方富研究員對本文亦有重要貢獻。該研究由國家重點研發計劃、自然科學基金、上海市青年科技啟明星等項目的資助。

原文鏈接：http://news.nju.edu.cn/show_article_12_47645

文獻鏈接：Photonic Crystals: Light-Patterned Crystallographic Direction of a Self-Organized 3D Soft Photonic Crystal (Adv. Mater., 2017, DOI:10.1002/adma.201770301)

本文由材料人編輯部石小梅編輯，點我加入材料人編輯部。

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