电磁超材料将特定亚波长单元结构进行人工排列组合，可通过设计结构单元及其排布方式来定制等效材料属性，自由地构造材料的电磁特性，带来全新的物理现象和应用。水凝胶材料生物亲和性高、受外界水环境刺激可以发生自发性的动态形变，有望实现生物材料相关的动态超材料。现有水凝胶人工材料的结构分辨率仅限于微米尺度或更大的特征尺寸，限制了纳米尺度上的亚波长单元结构设计，并妨碍了相关超表面材料的进一步应用。

  近期，杭州电子科技大学浙江省磁性研究院张鉴研究员团队与相关单位联合研发，利用电子束曝光技术突破高精度水凝胶纳米结构的制备，在亚波长尺度上独立操纵、自由设计水凝胶单元结构参数，通过与金属层耦合实现等离激元极化共振，进而实现多波段的高分辨率等离激元结构色(图1)。水凝胶中存在大量亲水基团，在环境湿度变化时存在吸湿膨胀特性。本工作通过氛围原子力显微镜证实了曝光后水凝胶纳米结构仍然存在湿度诱导下的动态形变响应，并且在暗场下微区光学观测到了不同湿度下特征波长的渐变调谐。进而通过结构设计实现了纳米级像素点变色，湿度光学图像加密，以及光束偏折调控功能。该工作以“Hydrogel-Based, Dynamically Tunable Plasmonic Metasurfaces with Nanoscale Resolution”为题发表在《Small》上（Small, 2022, 2205057）。文章论文第一单位为杭州电子科技大学，第一作者为杭电张鉴研究员、浙大李强教授、武大代尘杰博士，通讯作者为武大李仲阳教授、杭电张雪峰教授和韩国弘益大学Won-Kyu Lee教授。该研究得到国家自然科学基金委、浙江省科学技术厅和韩国国家研究基金会的支持。 

图1. a) 银层上水凝胶纳米点阵列的制备过程；b) 所制备的水凝胶纳米点阵列面示意图；c) 实现不同直径水凝胶纳米点阵列(直径D：188 nm~237 nm)的SEM图像；d) 不同直径水凝胶纳米点阵列的暗场下反射光谱，以及e) 暗场显微镜观测下的结构色颜色。 

图2. 利用氛围原子力显微镜，观测干燥(0.2% RH)和饱和(~97% RH)湿度下水凝胶纳米点阵列的a) 形貌变化以及相应的b) 横截面轮廓变化，证实其膨胀形变行为。c) 利用两种直径的点阵复合，形成湿度加密的二维码图像。d) 暗场显微镜下观测高分辨率水凝胶结构色的变色行为。e) 利用三种直径水凝胶纳米点构成具备相位梯度的阵列排布，利用其膨胀实现光束偏折调制。

  原文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/smll.202205057