近年来，如何在复杂环境下实现稳定高效的物理世界与数字世界交互，是智能物联网、虚拟现实与未来信息安全领域亟需解决的核心问题。近日，中国科学技术大学庄涛涛教授团队报道了一类基于新型手性限域组装材料的圆偏振发光映射器，能够在环境串扰影响下实现高可靠度的物理-数字链接。相关成果以“Chiral spin constrained assemblies for polarized optical mapping”为题发表在国际知名学术期刊《科学·进展》上。
传统的光学识别和编码主要依赖光的强度和波长，在实际环境中容易受到杂散光和环境光的干扰，存在信息识别准确度下降、编码容量受限等问题。圆偏振光因其在自然界中无相同背景光源，具有显著的抗干扰优势。与传统光学编码方法相比，圆偏振光能够提供偏振态这一更高维度的编码能力，有效提高信号的清晰度与可靠性。然而，要制备兼具高圆偏振发光性能、稳定性以及可加工性的材料体系，并实现相关应用，仍然是该领域面临的一个重要挑战。
为解决这一问题，研究团队提出了原位固化螺旋组装策略，结合开发的自动化合成与实时监控平台，实现了新型手性限域组装材料的普适制备。该类材料在紫外光诱导聚合后形成稳固的分子螺旋排列微球，展现出优异的手性光学性能和良好的可加工性。研究人员将合成的材料在基质中随机分布，构筑了一系列偏振光学映射器，用于唯一、可靠的信息识别与认证。结果表明，器件展现出接近理论极限的比特均匀性、唯一性和可靠性，在远场与近场条件下均能实现稳定识别和信息认证。特别是由于引入了圆偏振发射，其编码容量较传统光学映射大幅提升，增强了抵御暴力破解、建模攻击等外部威胁的能力。
该类映射器可以直接在木材、曲面金属甚至芯片等表面集成，实现在复杂环境中的远程识别-近场认证。相关材料和器件在智慧城市、物联网、增强现实和信息安全等领域展示出应用潜力，有望为未来构建高度安全、低干扰的人机交互与物理-数字耦合提供新范式。
手性限域组装材料的概念、性能及其偏振光学映射器应用
中国科学技术大学化学系博士生张铭江、博士后赵珊珊和少年班学院本科生李金彤为文章的共同第一作者，我校庄涛涛教授为通讯作者。该研究得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金、中国科学院百人计划率先行动、安徽省杰出青年基金等项目的资助支持。
论文链接：https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.ady1001