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  電磁超材料將特定亞波長單元結構進行人工排列組合，可通過設計結構單元及其排布方式來定制等效材料屬性，自由地構造材料的電磁特性，帶來全新的物理現象和應用。水凝膠材料生物親和性高、受外界水環境刺激可以發生自發性的動態形變，有望實現生物材料相關的動態超材料。現有水凝膠人工材料的結構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構設計，并妨礙了相關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單位聯合研發，利用電子束曝光技術突破高精度水凝膠納米結構的制備，在亞波長尺度上獨立操縱、自由設計水凝膠單元結構參數，通過與金屬層耦合實現等離激元極化共振，進而實現多波段的高分辨率等離激元結構色(圖1)。水凝膠中存在大量親水基團，在環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構仍然存在濕度誘導下的動態形變響應，并且在暗場下微區光學觀測到了不同濕度下特征波長的漸變調諧。進而通過結構設計實現了納米級像素點變色，濕度光學圖像加密，以及光束偏折調控功能。該工作以“Hydrogel-Based, Dynamically Tunable Plasmonic Metasurfaces with Nanoscale Resolution”為題發表在《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構色顏色。 

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構色的變色行為。e) 利用三種直徑水凝膠納米點構成具備相位梯度的陣列排布，利用其膨脹實現光束偏折調制。

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