来源：读特
近日，哈工大（深圳）“微纳光电信息系统理论与技术”工信部重点实验室中心团队设计了高性能的全介质结构色，通过新途径在空间分辨率、可制造性、反射率、半高宽和CIE色域面积5个颜色关键性能参数上同时实现了突破（下图）。实验色域面积达到了181.8% 的sRGB, 135.6%的Adobe RGB, 以及97.2%的Rec.2020。
不同结构色技术在空间分辨率、可制造性、反射率、半高宽比值和色域面积参数上的对比。
该创新研究利用折射率匹配层与单晶硅超表面相结合，实现了结构色5项参数的一体化突破，这一进展有望为结构色在动态显示、光学安全和信息存储等领域的商业化应用带来新途径。研究成果以“All-dielectric metasurface for high-performance structural color ”为题在线发表在《自然通讯》（Nature Communications）期刊上。哈工大（深圳）材料科学与工程学院2017级博士生杨文宏为第一作者，哈尔滨工业大学（深圳）肖淑敏教授和香港理工大学蔡定平（Din-Ping Tsai）教授为共同通讯作者。
据了解，颜色起源于自然界中光与物质的相互作用，在人类的世界中扮演了很重要的角色。其中最常见的就是颜料和染料，通过吸收特定光的特性产生可见光范围内的不同颜色，但这样的颜色通常色彩鲜艳度低，色域面积小，并且空间分辨率低。为了解决这些问题，对不同材料微纳结构的设计实现了结构色等技术领域的发展，其中一个重要的方法就是设计实现基于等离子体的结构色，利用光与等离子体纳米结构的相互作用，可以实现覆盖可见光范围的鲜艳结构色，并且分辩率达到了光学衍射极限。另一个重要的途径就是利用全介质材料实现的结构色，通常全介质结构色会比等离子体结构色更鲜艳生动，色域面积更大。最近，利用液晶材料、微流通道、相变材料和增益材料等实现了结构色在动态调控领域的突破。
尽管上述的结构色取得了一定的进展和突破，但在实际的色彩显示、分子探测、光学安全与存储应用中还是受到一定限制，这是因为这些结构色技术只能达到上述5个关键参数中的一个或几个。其中等离子体结构色可以达到亚波长的分辨率，但是受制于自身的损耗使得色彩较为暗淡，色域面积小。而全介质结构色，例如TiO2可以实现高亮度和广色域的结构色，但空间分辨率低。目前还没有结构色的设计可以同时满足这5个关键性能参数，该研究工作设计并用实验实现了5个颜色关键参数的同时突破。
编辑 陈冬云
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