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美國兩院院士，中國長江學者，又雙叒叕發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、美國空軍研究實驗室、圣卡洛斯聯邦大學

Nicholas A. Kotov，美國密西根大學安娜堡分校 Irving Langmuir 杰出教授，化學工程系、生物醫學工程系、材料科學與工程系、高分子科學與工程系教授，生物界面研究所所長。美國藝術與科學學院院士，美國國家發明家學院院士，ACS nano副主編。此外，Nicholas Kotov教授還是哈爾濱工業大學的長江學者講座教授。

Kotov教授是仿生材料領域的世界著名學者，是手性自組裝領域的奠基人和開拓者，他在仿生結構和手性結構領域的研究一直引領著該領域的世界最前沿。

論文速覽

由二維（2D）納米材料制成的復合材料具有獨特的高電學、熱學和力學性能。在極端條件下，高光譜光學需要將其穩定性與偏振旋轉相結合。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納米復合材料在極端條件下偏振光學的應用。研究團隊展示了具有復雜紋理表面的多層納米復合材料，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光偏振。

這種納米復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，可以從具有光學不對稱性的不精確納米片中精確設計偏振活性材料，其光學不對稱因子g值達到1.0，比典型納米材料高出約500倍。

該復合光學元件的高熱穩定性使其能在高達250 °C的溫度下工作，并在近紅外（NIR）光譜區域成像熱點發射器。將LBL工程化的納米復合材料與無手性染料結合，得到的圓偏振發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）制成的納米復合偏振器以及兩種制造方法，展示了觀察到的現象的普遍性，可以為穩定化的光學元件計算設計并添加工程化大量的LBL光學納米組件。

圖文導讀

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

圖2：通過方法2（M2）制備的2D納米復合材料，可實時可重構的偏振旋轉。

圖3：使用M2復合材料產生和調制強CPCE的過程。

圖4：使用熱穩定的復合材料在近紅外（NIR）范圍內進行偏振成像。

總結展望

本研究開發了新型的納米復合材料，該材料在極端條件下表現出卓越的偏振光學性能。研究團隊通過精確的LBL技術，實現了對偏振光的強烈和可控旋轉，該技術突破為高熱穩定性光學元件的開發鋪平了道路。

實驗數據顯示，該材料的光學不對稱g因子高達1.0，遠超過現有材料，且能在高達250 °C的溫度下穩定工作。此外，研究還展示了如何通過結合無手性染料，實現接近理論極限的圓偏振發射各向異性因子。

這些發現不僅在理論上具有重要意義，而且在實際應用中也具有廣泛的潛在價值，如機器人感知系統、全息技術、信息加密協議、空間通信和電廠監測等。隨著進一步的優化和開發，該材料有望在未來的高科技領域發揮關鍵作用。

文獻信息

標題：Nano-achiral complex composites for extreme polarization optics

期刊：Nature

DOI：10.1038/s41586-024-07455-4

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