用于软物质光子学的自组装液晶结构

“软物质”最早由皮埃尔-吉尔斯·德·热内斯在 1991 年的诺贝尔获奖感言中提出。该术语描述了介于水性物质和理想固体之间的物质。

具有多种复杂构型、彩色图案、亚稳态和宏观柔软度的软物质材料为解决光学和光子学领域的现代挑战提供了宝贵的灵感。自组装液晶 (LC) 代表了最具吸引力的软物质系统之一。其微结构具有易于制造、可微调、高灵活性和显着的刺激响应性等优越性能。

在过去的几年中，基于 LC(典型的热致和生物基溶致 LC)的光学系统经历了蓬勃发展，促进了新现象、新功能和新应用的出现。因此，从综合角度讨论基于液晶结构的软物质光子学(Soft Mattonics)的最新进展，为相关领域的未来发展提供有价值的参考，变得越来越重要。

在《光：科学与应用》上发表的新文章中，由固体微结构国家实验室、智能光学传感与操纵重点实验室、工程与应用科学学院的陆彦青教授领导的科学家团队，中国南京大学及其同事进行了系统和全面的审查，以桥接各种动态可调 LC 架构及其在 Soft Mattonics 中的各种应用。

本文详细介绍了典型热致液晶和生物基溶致液晶的基本定义、物理性质、操作方案和动态可控性，包括向列相液晶、近晶相液晶、胆甾相液晶、蓝相液晶和纤维素。

微结构连接了纳米材料的固有特性和重要功能，在开发理想的基于 LC 的光学和光子学方面发挥着重要作用。为了控制 LC 微结构，一方面是创造。它可以通过将“自上而下”的制造技术与“自下而上”的液晶自组装工艺相结合来实现。

例如，可以使用具有 3D 拓扑表面图案的基板来生成有序的拓扑缺陷阵列;2D 光取向层触发了 3D LC 上层结构的灵活构造。另一方面是 LC 架构的精细可调性。通过引入热、电、光、应力和磁场，该领域已经投入了许多努力来动态操纵 LC 结构。

通过所展示的工作，Lu 及其同事概述了快速发展的 Soft Mattonics 领域中基于 LC 的设备，包括智能显示器、光学成像、光场调制设备、软致动器和智能窗户。它为基于软物质的光学平台带来了有吸引力、可调谐、高效和多种功能/性能。这些科学家还强调了这些材料对软物质光子学的挑战和机遇：

规模化生产加工;

实现优化的“结构-性能-功能”关系;

将 LC 与其他软材料结合;

软物质材料与现有光学元件的无缝集成;

将 LC 与尖端的电子和机器人系统集成;

新发现的液相色谱固定相。

对该主题的进一步探索不仅会拓宽软光子学的知识，还将鼓励跨学科专家的多学科研究，并促进多样化的软光子和智能光子应用。