在三种不同波长的光下观察的铁电液晶液滴。图片来源：Wiley-VCH GmbH
RIKEN研究突破：电压可逆控制圆偏振光方向，开启光学器件新纪元
通过层级结构实现极低电压双重光学功能
2026年4月RIKEN（日本理化学研究所）新兴物质科学中心的研究人员宣布，他们已成功实现通过电压可逆控制圆偏振光方向的突破。这一发现有望催生基于圆偏振光的新一代光学器件，并已在《Advanced Materials》期刊的两篇论文中发表。
圆偏振光的重要性偏振太阳镜产生的光是沿单一方向偏振的。然而，一些特殊装置能够产生随光传播而旋转偏振的光。圆偏振光在光谱学、卫星通信、立体视觉和显微镜等众多领域具有重要应用。
在某些应用中，切换顺时针与逆时针圆偏振光将非常有用。然而，这种手性被分子结构所锁定，也就是材料的螺旋性，用来产生圆偏振光，而逆转手性需要大量能量。
螺旋液晶与手性螺旋液晶天然地能产生圆偏振光，因此在手性控制方面极具吸引力。但问题在于，这些螺旋中的相邻分子相互抓握得异常紧密，使得通过电压逆转手性几乎不可能。
RIKEN新兴物质科学中心的西川博也博士及其同事荒岡文人研究了铁电液晶——一种能对外加电压产生响应的材料。此前，他们通过在玻璃细胞的对侧擦拭聚合物微槽，成功地给这些材料施加了扭转。西川博士意识到，这种外部扭转可以与天然具有内部螺旋的材料相结合，他解释道：“我们想知道外部和内部手性如何相互作用，可能会出现怎样的层级扭转场。”
构建并切换层级结构为验证此思路，西川团队利用一种新发现的相，在该相中分子自发形成几百纳米的螺距螺旋。将该材料放置在对侧擦痕的细胞中，形成了层级结构：纳米级分子螺旋嵌套于微米级表面扭转之中。当垂直于擦痕的电场施加时，触发了一系列级联效应。在极低电场下，材料从吸收左旋光转为吸收右旋光——这表明表面扭转已逆转，促使分子螺旋朝新方向扭转。西川博士指出，这种现象在单一手性源中是无法实现的。
意外的双重光学功能将电场改为平行排列时，产生了完全不同的效应。材料出现了周期性条纹图案，形成衍射光栅，将光分解成不同颜色，犹如棱镜一般。这双重功能——在一种几何结构中实现手性切换，在另一种几何结构中实现衍射控制——源于层级结构，以超出理论预期的方式实现。两种模式均可在极低电压下切换，响应迅速，并能在无功耗时保持记忆。潜在应用涵盖节能可穿戴显示器以及用于量子设备的芯片内圆偏振光源。
西川博士说：“最重要的是，这证明了基于手性的光子功能可以在大块材料体系中实现电压可切换，这极大地拓宽了光学器件的设计空间。”
勇编撰自论文"3D Hierarchical Twists in Polar Fluids: Chirality Regulation by Ultralow Electric Field"..2026相关信息，文中配图若未特别标注出处，均来源于自绘或公开图库。
