团队使用3D气溶胶纳米打印增强超材料性能

一个研究小组开发了一种超材料，能够通过3D气溶胶纳米打印检测光的偏振和方向。他们的研究发表在ACS Nano上

由浦项科技大学机械工程系、化学工程系和电气工程系的Junsuk Rho教授以及机械工程系的博士候选人Younghwan Yang和Hongyoon Kim等人领导，这项工作标志着使用超材料操纵光的突破，超材料广泛用于透镜和全息图等应用

具体而言，三维超材料利用三维金属结构以类似于天线的方式收集和发射光，最大限度地提高光与物质之间的相互作用。这项创新技术有望克服传统光学设备的局限性

目前，大部分研究都集中在设计和制造相对简单的二维金属结构上。然而，这些结构被限制在一个固定的平面内，限制了它们多样化和优化超表面光学性质的能力

通过在三维而不是二维中创建金属纳米结构，可以在单个纳米结构内实现不同的光学响应机制。这些三维金属纳米结构能够将各种光学特性集成到单个超材料中，从而促进多功能光学传感器的开发

在他们的研究中，该团队利用“3D气溶胶纳米打印技术”，通过控制电场，以平行的方式从空气中的金属纳米气溶胶中大规模生产任何所需形状的三维纳米结构。这项技术使他们能够在典型的温度和压力条件下精确定位、组装和创建类似于“π”形状的3D金属纳米结构

实验表明，该团队的三维金属纳米结构同时表现出两种不同的光学现象：“局域表面等离子体共振（LSPR）”和“连续体中的准束缚态（q-BIC）”

LSPR涉及金属结构表面的自由电子与光的相互作用，使这些电子与特定的电磁波共振。另一方面，q-BIC是一种光被捕获在金属纳米结构中的现象

在定义明确的状态下，例如当光垂直入射时，与结构的相互作用最小。然而，在特定条件下，例如当光以一定角度入射时，会形成独特形状的能量模式，使光看起来与结构结合在一起

这些双重光学特性通过在保持共振的同时提高传感器灵敏度，实现了高性能的光学传感。虽然对每种现象都进行了单独的研究，但之前还没有证明两者在单一结构中的结合

该团队还通过使用一种名为“数值孔径探测偏振法”的技术实现了突破。这种方法将π形金属纳米结构与传统的傅立叶变换红外光谱仪相结合，可以同时检测光的偏振及其入射角

与以前的方法相比，这种能力能够通过有效地收集光来精确分析光分布，从而更详细地了解光的偏振和方向

POSTECH的Junsuk Rho教授说：“这一进展将有利于光学滤波、超灵敏生物传感和环境监测等各个领域。”

Younghwan Yang说：“我们正在进行的研究旨在进一步开发和商业化这项技术，促进更精确、更快速的光学分析系统。”