釜山大学 Kim Gyu-jeong 教授团队开发可用偏振自由调控颜色的纳米像素

by Jo Chunghyeon

Published 20 Jan.2025 10:37(KST)

Updated 01 Aug.2025 14:57(KST)

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调控结构体间距诱导多样光学特性转变…推动光学安防与显示技术创新

色彩转换波长跨度可达数百纳米，实现开关光强对比提升至3.2倍

釜山大学研究团队开发出一种能够根据偏振（当电磁波传播时，构成波的电场或磁场在特定方向振动的现象）自由实现颜色转换和开/关模式的纳米像素，有望广泛应用于光学安全与加密图像、数据存储和显示等未来有前景的技术领域。

釜山大学（校长 Choi Jaewon）于20日表示，光机电一体化工学系 Kim Kyujeong 教授研究团队开发出一种能够根据偏振诱导多种光学特性变化的纳米像素，并通过该纳米像素成功实现了自由的颜色转换和开/关模式。

釜山大学研究团队利用构成等离激元超表面的纳米像素中纳米结构体本身的结构特性（形态与尺寸），以及构成单个纳米像素的纳米圆盘对中纳米结构体之间的距离特性，根据偏振多样化了所呈现的光学特性，从而在固定形态的纳米像素中实现了对饱和度、亮度、色调等多种光学特性的控制。

结果显示，在颜色转换方面，最大可在数百纳米的波长范围内进行调节，而在开/关模式下，光强对比度被提升至约3.2倍。

“等离激元超表面”是为精确控制光而开发的超薄人工结构体。该表面由金属纳米结构构成，当其与特定波长的光相互作用时，会在金属表面产生局域表面等离激元共振（LSPR）现象。通过这一现象，可以极为精细地调节光的反射、折射、吸收、偏振、相位等，在电气电子、化学、生物、医学、药学等领域具有丰富的利用和应用潜力，因而近年来相关研究十分活跃。

等离激元超结构体的光学特性由结构本身的结构体特性或材质、周围环境的光学特性等决定，通过改变这些因素即可实现光学特性的调制。这种研究路径通过改变吸收、反射、透射、散射等光学特性，被广泛应用于光学滤波器、光学打印、表面增强拉曼散射（SERS）传感器等高灵敏度光学传感器和高分辨率成像等多个领域。

釜山大学 Kim Kyujeong 教授团队在这一领域已发表80余篇相关论文并在国际学术会议上进行报告，持续开展活跃研究。

本次研究提出的纳米像素偏振依赖型光学特性调制方式，在尽量减少构成元件物理劣化的前提下，通过固定形态的纳米结构成功实现了可表达多种模式的纳米像素，因而可应用于显示器、光学器件、高灵敏度光学传感器、数据安全与加密以及数据存储等领域。

尤其是，在实现具有独特纳米结构体光学特性表达的基础上，又开发出能够根据偏振诱导光学特性变化并实现开/关模式的纳米像素，这一点意义重大。通过调节结构特性，可以决定偏振引发的光学特性变化范围，并且在这一变化范围内能够有意表达离散状态，这也进一步提升了研究价值。

釜山大学 Kim Kyujeong 教授（通讯作者）表示：“本次开发的纳米像素，不仅可以将光学特性表达范围的调制扩展到可见光区域之外的近红外区域，而且在光调制范围、颜色转换以及开/关模式方面都可以按意图进行调控，这一点尤为重要。该技术在未来高附加值产业中具有较高价值，应用范围广泛，研究价值也很高，预计今后在相关领域将持续产出研究成果。”

这一研究成果以“Polarization-Sensitive Subwavelength Nanopixel for On-Off and Color Switchable Color Printing（偏振敏感的亚波长纳米像素中的开/关与颜色转换）”为题，发表于国际学术期刊《Advanced Optical Materials》，并于近期1月8日刊登。

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该研究获得了教育部理工科领域学术研究支援项目（博士后国内研修）、科学技术信息通信部优秀研究者交流支援项目（BrainLink）以及未来国防创新技术开发项目的资助，由釜山大学光机电一体化工学系 Kim Kyujeong 教授（通讯作者）、纳米生物融合研究所 Song Hyerin 博士（第一作者）和 An Heesang 博士（共同作者）共同完成。