近年來(lái)，如何在復(fù)雜環(huán)境下實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定高效的物理世界與數(shù)字世界交互，是智能物聯(lián)網(wǎng)、虛擬現(xiàn)實(shí)與未來(lái)信息安全領(lǐng)域亟需解決的核心問(wèn)題。近日，中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)莊濤濤教授團(tuán)隊(duì)報(bào)道了一類(lèi)基于新型手性限域組裝材料的圓偏振發(fā)光映射器，能夠在環(huán)境串?dāng)_影響下實(shí)現(xiàn)高可靠度的物理-數(shù)字鏈接。相關(guān)成果以“Chiral spin constrained assemblies for polarized optical mapping”為題發(fā)表在國(guó)際知名學(xué)術(shù)期刊《科學(xué)·進(jìn)展》上。
 

　　傳統(tǒng)的光學(xué)識(shí)別和編碼主要依賴(lài)光的強(qiáng)度和波長(zhǎng)，在實(shí)際環(huán)境中容易受到雜散光和環(huán)境光的干擾，存在信息識(shí)別準(zhǔn)確度下降、編碼容量受限等問(wèn)題。圓偏振光因其在自然界中無(wú)相同背景光源，具有顯著的抗干擾優(yōu)勢(shì)。與傳統(tǒng)光學(xué)編碼方法相比，圓偏振光能夠提供偏振態(tài)這一更高維度的編碼能力，有效提高信號(hào)的清晰度與可靠性。然而，要制備兼具高圓偏振發(fā)光性能、穩(wěn)定性以及可加工性的材料體系，并實(shí)現(xiàn)相關(guān)應(yīng)用，仍然是該領(lǐng)域面臨的一個(gè)重要挑戰(zhàn)。
 

　　為解決這一問(wèn)題，研究團(tuán)隊(duì)提出了原位固化螺旋組裝策略，結(jié)合開(kāi)發(fā)的自動(dòng)化合成與實(shí)時(shí)監(jiān)控平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)了新型手性限域組裝材料的普適制備。該類(lèi)材料在紫外光誘導(dǎo)聚合后形成穩(wěn)固的分子螺旋排列微球，展現(xiàn)出優(yōu)異的手性光學(xué)性能和良好的可加工性。研究人員將合成的材料在基質(zhì)中隨機(jī)分布，構(gòu)筑了一系列偏振光學(xué)映射器，用于唯一、可靠的信息識(shí)別與認(rèn)證。結(jié)果表明，器件展現(xiàn)出接近理論極限的比特均勻性、唯一性和可靠性，在遠(yuǎn)場(chǎng)與近場(chǎng)條件下均能實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定識(shí)別和信息認(rèn)證。特別是由于引入了圓偏振發(fā)射，其編碼容量較傳統(tǒng)光學(xué)映射大幅提升，增強(qiáng)了抵御暴力破解、建模攻擊等外部威脅的能力。
 

　　該類(lèi)映射器可以直接在木材、曲面金屬甚至芯片等表面集成，實(shí)現(xiàn)在復(fù)雜環(huán)境中的遠(yuǎn)程識(shí)別-近場(chǎng)認(rèn)證。相關(guān)材料和器件在智慧城市、物聯(lián)網(wǎng)、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)和信息安全等領(lǐng)域展示出應(yīng)用潛力，有望為未來(lái)構(gòu)建高度安全、低干擾的人機(jī)交互與物理-數(shù)字耦合提供新范式。
 

　　中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)化學(xué)系博士生張銘江、博士后趙珊珊和少年班學(xué)院本科生李金彤為文章的共同第一作者，我校莊濤濤教授為通訊作者。該研究得到了國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、國(guó)家自然科學(xué)基金、中國(guó)科學(xué)院百人計(jì)劃率先行動(dòng)、安徽省杰出青年基金等項(xiàng)目的資助支持。
 

圖：手性限域組裝材料的概念、性能及其偏振光學(xué)映射器應(yīng)用