近年來，如何在復雜環(huán)境下實現(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)實與未來信息安全領(lǐng)域亟需解決的核心問題。近日，中國科學技術(shù)大學莊濤濤教授團隊報道了一類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)境串擾影響下實現(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)表在國際知名學術(shù)期刊《科學·進展》上。

傳統(tǒng)的光學識別和編碼主要依賴光的強度和波長，在實際環(huán)境中容易受到雜散光和環(huán)境光的干擾，存在信息識別準確度下降、編碼容量受限等問題。圓偏振光因其在自然界中無相同背景光源，具有顯著的抗干擾優(yōu)勢。與傳統(tǒng)光學編碼方法相比，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，并實現(xiàn)相關(guān)應用，仍然是該領(lǐng)域面臨的一個重要挑戰(zhàn)。

為解決這一問題，研究團隊提出了原位固化螺旋組裝策略，結(jié)合開發(fā)的自動化合成與實時監(jiān)控平臺，實現(xiàn)了新型手性限域組裝材料的普適制備。該類材料在紫外光誘導聚合后形成穩(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)中隨機分布，構(gòu)筑了一系列偏振光學映射器，用于唯一、可靠的信息識別與認證。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，在遠場與近場條件下均能實現(xiàn)穩(wěn)定識別和信息認證。特別是由于引入了圓偏振發(fā)射，其編碼容量較傳統(tǒng)光學映射大幅提升，增強了抵御暴力破解、建模攻擊等外部威脅的能力。

該類映射器可以直接在木材、曲面金屬甚至芯片等表面集成，實現(xiàn)在復雜環(huán)境中的遠程識別-近場認證。相關(guān)材料和器件在智慧城市、物聯(lián)網(wǎng)、增強現(xiàn)實和信息安全等領(lǐng)域展示出應用潛力，有望為未來構(gòu)建高度安全、低干擾的人機交互與物理-數(shù)字耦合提供新范式。

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手性限域組裝材料的概念、性能及其偏振光學映射器應用

中國科學技術(shù)大學化學系博士生張銘江、博士后趙珊珊和少年班學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。該研究得到了國家重點研發(fā)計劃、國家自然科學基金、中國科學院百人計劃率先行動、安徽省杰出青年基金等項目的資助支持。

論文鏈接：https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.ady1001