2024年8月22日，廈門大學(xué)電子科學(xué)與技術(shù)學(xué)院陳鷺劍教授、李森森副教授團隊以“Light-regulated soliton dynamics in liquid crystals”為題的研究成果發(fā)表于《Nature Communications》 (Nat. Commun. 15, 7217 (2024))，在電驅(qū)動液晶孤子研究方面取得新進展。研究人員使用了晶萃光學(xué)JCOPTIX提供的顯微鏡系統(tǒng)進行樣品觀測。

研究背景

孤子廣泛存在于自然界，它們是自我維持的局域波實體，能夠在非線性介質(zhì)中傳播，并在相互碰撞后保持其形狀和速度不變。近年來，液晶材料中的三維電驅(qū)動孤子（Directron）因其在微貨物輸運、數(shù)據(jù)編碼載體以及集群運動研究等方面的應(yīng)用潛力，而受到了廣泛關(guān)注。然而，目前此類孤子的產(chǎn)生與操控依賴全局電場，這導(dǎo)致在開發(fā)多任務(wù)并行處理平臺時存在一定的局限性，進而限制了其在更復(fù)雜場景中的實際應(yīng)用。

研究內(nèi)容

鑒于此，研究團隊利用基于高敏感光電轉(zhuǎn)換層的光電效應(yīng)，通過光投影在光照區(qū)域形成虛擬電極，無需制備物理電極，即可實現(xiàn)對孤子動力學(xué)行為的精準控制。該研究通過理論建模和仿真分析，揭示了圖案光與光致電場相互作用的機制，闡明了孤子在局部區(qū)域內(nèi)的生成與運動機理。通過多策略圖案光編程，實現(xiàn)了對孤子的高度靈活控制，并進一步展示了孤子的速度調(diào)控、傳播方向控制以及按需定制的軌跡操控，涵蓋了孤子從生成、傳播到泯滅的整個生命周期。與以往依賴宏觀尺寸或數(shù)百微米級物理電極的孤子研究相比，該方法將外場操控的尺度縮小至孤子本征尺寸，提供了孤子光學(xué)操控的新維度，為探索孤子在涌現(xiàn)現(xiàn)象、微貨物輸運、微流控等領(lǐng)域的應(yīng)用帶來了新的機遇。

研究相關(guān)

該研究工作在陳鷺劍教授和李森森副教授共同指導(dǎo)下完成。電子科學(xué)與技術(shù)學(xué)院2022級博士研究生吳科輝與2022級碩士研究生朱麗婷為論文共同第一作者。研究工作得到國家重點研發(fā)計劃（2022YFA1203700）和國家自然科學(xué)基金項目（62175206，62075186，62204212），以及福建省自然科學(xué)基金（2022J05014）的支持。