美国两院院士，中国长江学者，又双叒叕发Nature了！

第一作者：Jun Lu

通讯作者：Nicholas A. Kotov，Dhriti Nepal，Richard A. Vaia，André Farias de Moura

通讯单位：美国密歇根大学、美国空军研究实验室、圣卡洛斯联邦大学

Nicholas A. Kotov，美国密西根大学安娜堡分校 Irving Langmuir 杰出教授，化学工程系、生物医学工程系、材料科学与工程系、高分子科学与工程系教授，生物界面研究所所长。美国艺术与科学学院院士，美国国家发明家学院院士，ACS nano副主编。此外，Nicholas Kotov教授还是哈尔滨工业大学的长江学者讲座教授。Kotov教授是仿生材料领域的世界著名学者，是手性自组装领域的奠基人和开拓者，他在仿生结构和手性结构领域的研究一直引领着该领域的世界最前沿。

论文速览

由二维（2D）纳米材料制成的复合材料具有独特的高电学、热学和力学性能。在极端条件下，高光谱光学需要将其稳定性与偏振旋转相结合。然而，刚性纳米薄片具有随机的非手性形状，扰乱了具有相似波长的光子的圆偏振。本论文探讨了2D纳米复合材料在极端条件下偏振光学的应用。

研究团队展示了具有复杂纹理表面的多层纳米复合材料，虽然它们在纳米尺度上是无手性的并且部分无序，但能强烈且可控地旋转光偏振。这种纳米复合材料薄膜的强烈圆二色性（CD）源于褶皱、沟槽或脊纹的对角线图案，导致线偏振（LB）和线二色性（LD）轴之间的角偏移。通过层层组装（LBL）技术，可以从具有光学不对称性的不精确纳米片中精确设计偏振活性材料，其光学不对称因子g值达到1.0，比典型纳米材料高出约500倍。

该复合光学元件的高热稳定性使其能在高达250 °C的温度下工作，并在近红外（NIR）光谱区域成像热点发射器。将LBL工程化的纳米复合材料与无手性染料结合，得到的圆偏振发射的各向异性因子接近理论极限。研究通过使用二硫化钼（MoS2）、MXene和氧化石墨烯（GO）制成的纳米复合偏振器以及两种制造方法，展示了观察到的现象的普遍性，可以为稳定化的光学元件计算设计并添加工程化大量的LBL光学纳米组件。

图文导读

图1：通过方法1（M1）制备的2D纳米复合材料，实现了均匀、可调的左旋（LH）和右旋（RH）偏振旋转。

图2：通过方法2（M2）制备的2D纳米复合材料，可实时可重构的偏振旋转。

图3：使用M2复合材料产生和调制强CPCE的过程。

图4：使用热稳定的复合材料在近红外（NIR）范围内进行偏振成像。

总结展望

本研究开发了新型的纳米复合材料，该材料在极端条件下表现出卓越的偏振光学性能。研究团队通过精确的LBL技术，实现了对偏振光的强烈和可控旋转，该技术突破为高热稳定性光学元件的开发铺平了道路。实验数据显示，该材料的光学不对称g因子高达1.0，远超过现有材料，且能在高达250 °C的温度下稳定工作。此外，研究还展示了如何通过结合无手性染料，实现接近理论极限的圆偏振发射各向异性因子。这些发现不仅在理论上具有重要意义，而且在实际应用中也具有广泛的潜在价值，如机器人感知系统、全息技术、信息加密协议、空间通信和电厂监测等。随着进一步的优化和开发，该材料有望在未来的高科技领域发挥关键作用。

文献信息

标题：Nano-achiral complex composites for extreme polarization optics

期刊：Nature

DOI：10.1038/s41586-024-07455-4