近日，我室李博硕士研究生、邹秋顺副教授和沈祥研究员等在期刊Optics Express上发表了题为“ Strain-enhanced dynamic regulation of chiroptical responses in 3D suspended nested metamaterials ”的研究论文（(33(11): 23440-23451, 2025）。文章链接: https://doi.org/10.1364/OE.562124

       三维（3D）超材料在微纳偏振光学领域展现出卓越的性能，为下一代光子器件和手性光谱技术等应用带来了广阔前景。然而，三维手性材料的制备及其动态调控方法仍面临诸多挑战。本研究提出了一种在柔性衬底上快速制备3D多层嵌套超材料的新方法，并引入了一种基于应变增强效应的动态调控策略。

       该策略的核心在于：通过逐步释放预先施加在柔性衬底上的预应变（ε_pre），精确控制二维（2D）前驱体结构向三维构型转变。这一过程可动态调节三维多层嵌套超材料的结构周期和高度，进而实现对手性光学响应的调控。其中，约束块设计产生的局部应变增强效应，有效解决了传统屈曲应变自组装过程中存在的应变不足和精度低等瓶颈问题。在应变增强效应作用下，如图1所示，我们系统分析了结构从2D向3D转变过程中的形变及其光学性能。结果表明：1.  结构的抬升高度随衬底预应变（ε_pre）的增加而提升；2.  结构的周期则随之减小；3.  圆二色性（CD）信号强度显著增强，从2D状态的0.13提升至3D状态的0.79。理论分析表明，该手性CD信号主要由环形电偶极子共振主导；4.  在1230 nm波段附近，结构表现出优异的手性选择性：右旋圆偏振光（RCP）透射率几乎为零，而左旋圆偏振光（LCP）透射率高达0.78。

图1. 三维多层嵌套超材料的应变增强调控机制。（a）基于应变增强效应通过控制基底预应变制备三维交叉悬臂梁阵列。2D前驱体和成对约束块在图1（a）的插图中分别被标记。（b）2D前驱体的透射光谱;（c）2D前驱体和（d）三维交叉悬臂梁阵列的CD谱;（e）三维交叉悬臂梁阵列在LCP和RCP光垂直入射（ε_pre =20%）下的透射光谱。

       为深入阐明应变增强调控策略的物理机制，我们进一步分析了纳米方块几何参数（如中心结构形状与对称性、约束块长度、宽度及其对称性）对应变增强效应的影响。研究发现，约束块的总长度及其间距是影响应变增强效果的关键因素。通过建立简化模型，结合仿真计算与物理公式推导，我们得出了描述应变增强效应物理机制的定量关系式：

其清晰揭示了应变增强效应与约束块总长度、间距以及衬底预应变（ε_pre）之间的定量关系。这一理论成果为有效解决屈曲变形自组装制备纳米结构中的应力不足和精度低问题，提供了更坚实的物理基础和支持。

图 2. 应变增强调控机制分析。（a）立体方形二聚体SEM图（ε_pre =40%）（b）z方向上的位移分布。（c）不同ε_pre下，应变强度与其间隙、长度之间的关系。（d）带成对约束块的二维纳米方块示意图。（e）不同尺度下构建三维方形二聚体（ε_pre =20%）时，为保持高长比H/l =88% 所需的(L+R)/l与二维纳米正方形长度l的关系。（f）方形二聚体（l =500 nm、25 µm 和0.25 mm）沿 z 方向的位移分布。