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美國兩院院士，中國長江學(xué)者，又雙叒叕發(fā)Nature了！

第一作者：Jun Lu

通訊作者：Nicholas A. Kotov，Dhriti Nepal，Richard A. Vaia，André Farias de Moura

通訊單位：美國密歇根大學(xué)、美國空軍研究實驗室、圣卡洛斯聯(lián)邦大學(xué)

Nicholas A. Kotov，美國密西根大學(xué)安娜堡分校 Irving Langmuir 杰出教授，化學(xué)工程系、生物醫(yī)學(xué)工程系、材料科學(xué)與工程系、高分子科學(xué)與工程系教授，生物界面研究所所長。美國藝術(shù)與科學(xué)學(xué)院院士，美國國家發(fā)明家學(xué)院院士，ACS nano副主編。此外，Nicholas Kotov教授還是哈爾濱工業(yè)大學(xué)的長江學(xué)者講座教授。

Kotov教授是仿生材料領(lǐng)域的世界著名學(xué)者，是手性自組裝領(lǐng)域的奠基人和開拓者，他在仿生結(jié)構(gòu)和手性結(jié)構(gòu)領(lǐng)域的研究一直引領(lǐng)著該領(lǐng)域的世界最前沿。

論文速覽

由二維（2D）納米材料制成的復(fù)合材料具有獨特的高電學(xué)、熱學(xué)和力學(xué)性能。在極端條件下，高光譜光學(xué)需要將其穩(wěn)定性與偏振旋轉(zhuǎn)相結(jié)合。然而，剛性納米薄片具有隨機的非手性形狀，擾亂了具有相似波長的光子的圓偏振。

本論文探討了2D納米復(fù)合材料在極端條件下偏振光學(xué)的應(yīng)用。研究團隊展示了具有復(fù)雜紋理表面的多層納米復(fù)合材料，雖然它們在納米尺度上是無手性的并且部分無序，但能強烈且可控地旋轉(zhuǎn)光偏振。

這種納米復(fù)合材料薄膜的強烈圓二色性（CD）源于褶皺、溝槽或脊紋的對角線圖案，導(dǎo)致線偏振（LB）和線二色性（LD）軸之間的角偏移。通過層層組裝（LBL）技術(shù)，可以從具有光學(xué)不對稱性的不精確納米片中精確設(shè)計偏振活性材料，其光學(xué)不對稱因子g值達到1.0，比典型納米材料高出約500倍。

該復(fù)合光學(xué)元件的高熱穩(wěn)定性使其能在高達250 °C的溫度下工作，并在近紅外（NIR）光譜區(qū)域成像熱點發(fā)射器。將LBL工程化的納米復(fù)合材料與無手性染料結(jié)合，得到的圓偏振發(fā)射的各向異性因子接近理論極限。

研究通過使用二硫化鉬（MoS₂）、MXene和氧化石墨烯（GO）制成的納米復(fù)合偏振器以及兩種制造方法，展示了觀察到的現(xiàn)象的普遍性，可以為穩(wěn)定化的光學(xué)元件計算設(shè)計并添加工程化大量的LBL光學(xué)納米組件。

圖文導(dǎo)讀

圖1：通過方法1（M1）制備的2D納米復(fù)合材料，實現(xiàn)了均勻、可調(diào)的左旋（LH）和右旋（RH）偏振旋轉(zhuǎn)。

圖2：通過方法2（M2）制備的2D納米復(fù)合材料，可實時可重構(gòu)的偏振旋轉(zhuǎn)。

圖3：使用M2復(fù)合材料產(chǎn)生和調(diào)制強CPCE的過程。

圖4：使用熱穩(wěn)定的復(fù)合材料在近紅外（NIR）范圍內(nèi)進行偏振成像。

總結(jié)展望

本研究開發(fā)了新型的納米復(fù)合材料，該材料在極端條件下表現(xiàn)出卓越的偏振光學(xué)性能。研究團隊通過精確的LBL技術(shù)，實現(xiàn)了對偏振光的強烈和可控旋轉(zhuǎn)，該技術(shù)突破為高熱穩(wěn)定性光學(xué)元件的開發(fā)鋪平了道路。

實驗數(shù)據(jù)顯示，該材料的光學(xué)不對稱g因子高達1.0，遠超過現(xiàn)有材料，且能在高達250 °C的溫度下穩(wěn)定工作。此外，研究還展示了如何通過結(jié)合無手性染料，實現(xiàn)接近理論極限的圓偏振發(fā)射各向異性因子。

這些發(fā)現(xiàn)不僅在理論上具有重要意義，而且在實際應(yīng)用中也具有廣泛的潛在價值，如機器人感知系統(tǒng)、全息技術(shù)、信息加密協(xié)議、空間通信和電廠監(jiān)測等。隨著進一步的優(yōu)化和開發(fā)，該材料有望在未來的高科技領(lǐng)域發(fā)揮關(guān)鍵作用。

文獻信息

標(biāo)題：Nano-achiral complex composites for extreme polarization optics

期刊：Nature

DOI：10.1038/s41586-024-07455-4

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