Оптические метаматериалы уже давно рассматриваются как перспективная основа для развития технологий визуализации, вычислительной техники, связи и энергетики. Однако их широкое применение ранее было ограничено рядом проблем, включая одномасштабный дизайн, слабую управляемость параметров и сложные, дорогостоящие методы производства.
Новое исследование, опубликованное в журнале Nature, представило решение этих ограничений. Группа учёных из Института химии Китайской академии наук совместно с исследователями из Сингапура разработала стратегию печати многомасштабных оптических метаматериалов и систему аддитивного нанопроизводства на основе рулонной печати. Предложенная технология позволяет преодолеть давний компромисс между стоимостью, персонализацией и массовым производством в сфере метаматериалов.
В рамках работы исследователи создали многомасштабную оптическую структуру, обеспечивающую согласование свойств материала и его архитектуры на разных уровнях. На этой основе была объединена высокопроизводительная струйная печать, непрерывное рулонное производство и точная межфазная самосборка. В результате удалось получить метаматериалы, сочетающие масштабируемость и высокую структурную точность.
По словам авторов исследования, созданные материалы эффективно взаимодействуют со светом за счёт синергетического усиления различных физических эффектов — включая рассеяние, фотонные запрещённые зоны и полное внутреннее отражение — в рамках единой структуры.
Систематическая характеризация и теоретический анализ позволили учёным выявить ключевые принципы управления свойствами многомасштабных систем и установить взаимосвязь между структурой и функциональностью. Эти результаты углубили понимание физики многомасштабных оптических метаматериалов.
Разработанная технология многомасштабной печати стала универсальной платформой, позволяющей создавать иерархические оптические архитектуры с возможностью масштабируемого и недорогого производства, а также гибкого структурного проектирования.
Благодаря высокой стабильности и гибкости новые метаматериалы могут применяться в самых разных областях — от технологий информационной безопасности до интеллектуальных дисплеев.
В целом, работа предлагает новый подход к решению противоречия между оптической функциональностью и инженерной реализацией, открывая перспективы для дальнейшего развития многомасштабной фотоники.