隨著數字化與智能化浪潮席卷全球，色彩生成技術的革新已成為顯示、印刷與信息安全領域的核心競爭賽道。華東師大朱曉龍研究員團隊利用智能算法實現全彩超分辨等離激元結構色像素及液晶顯示，顯示器件分辨率突破8000K（對比主流電視8K分辨率），達到接近光學衍射極限的終極清晰度！

該研究成果以“Dynamic Plasmonic Full-Color Generation via Machine Learning and Liquid Crystals”為題，于2025年2月2日在線發表于Laser & Photonics Reviews，并以超分辨像素組合的方式呈現華東師大的流量明星“小花獅”。

圖1：Laser & Photonics Reviews刊發華東師大朱曉龍研究員團隊最新研究成果

借助機器學習算法對納米結構進行智能優化設計，研究團隊成功地挑選出所需色彩對應的納米結構，并精心制備出微型化、高分辨率（85000點數每英寸）的色彩像素。為驗證其實用性，研究團隊利用該方法復刻了華東師范大學吉祥物“小花獅”圖案及華東師范大學英文字母縮寫。通過改變的偏振角度及不同偏振組合，在微米尺度上打印的小花獅圖案精確再現了復雜色彩與細節層次，證明了其在超高分辨率印刷與顯示器件中的卓越性能，實現從藝術到科技的無縫銜接。

圖2.全彩超分辨等離激元結構色“小花獅”及華東師范大學英文字母縮寫

對此，朱曉龍研究員介紹道，“等離激元色是一種由表面等離激元共振導致的結構色。它依賴于納米結構與光之間的相互作用，通過調控納米結構的形狀、尺寸和排列等，可以產生特定的顏色。與傳統的彩色顯示技術相比，等離激元顏色具有色彩鮮艷、高分辨率、耐久性等優點，近年來得到了廣泛的應用。隨著納米制造技術的進步，豐富多樣的等離激元納米結構被陸陸續續地提出。然而，對于簡單且易于制造的納米結構實現等離激元色彩像素的動態調控及等離激元全彩色庫的構建仍是個挑戰。我們團隊在等離激元顯色研究領域已然深耕十多年，一直致力于解決行業存在的痛點問題。”

“傳統等離激元色彩生成技術常依賴金、銀等貴金屬，成本高昂。該研究利用低成本的鋁材料設計了一種具有低旋轉對稱性的雙孔納米結構。通過調控雙孔分離的微小距離、納米結構周期等參數，實現了等離激元共振位置的調控。繼而，經過不同偏振光的選擇激發，研究團隊成功實現了豐富的等離激元全彩色，并經由不同偏振組合作用下，更是顯著擴展了可用色彩范圍，突破了傳統方法中色彩范圍狹窄的瓶頸。”

除此之外，該研究通過結合機器學習算法與電響應液晶技術，成功實現了基于等離激元納米結構的動態全彩生成，為實時色彩調控及液晶顯示提供了全新解決方案，更為下一代顯示技術、光學安全設備及數據存儲等領域的發展注入創新動能。

圖3. 偏振依賴的鋁雙孔納米結構等離激元色

圖4. 機器學習輔助等離激元圖案生成。a，CIE 1931色度圖；b，RGB顏色中被優化以后的紅色最優解；c，小花獅圖案的SEM圖；d，放大區域的SEM圖；e，在不同線偏振下，華東師范大學英文字母縮寫和小花獅圖案的顯微光鏡圖；f，不同偏振組合下，英文字母縮寫和小花獅圖案的顯微光鏡圖

為增加色彩動態調控的自由度，研究團隊將電響應液晶材料與鋁納米結構集成，通過外部電場改變液晶分子排列，從而實時動態調制等離激元共振特性。實驗表明，該納米級液晶顯示技術可在毫秒（ms）時間內實現彩色高刷，且具備優異的可逆性與穩定性。這一突破不僅為超分辨高刷新率顯示器件、智能變色玻璃等場景提供了全新方案，更在光學防偽、動態數據存儲等領域展現出巨大潛力。

圖5. 液晶動態調控等離激元色。a，液晶電調裝置示意圖；b，“E”字樣結構的SEM圖；c，放大區域的SEM圖；d，在不同偏振下，未加液晶材料的樣品光鏡圖；e，不同偏振下，液晶在不同電壓調制下的樣品光鏡圖

該研究成果華東師大為唯一完成單位，華東師大本科畢業生李可欣（課題組前成員，現美國克萊姆森大學博士生）和課題組博士生元雙秀為論文的共同第一作者，朱曉龍研究員為論文的通訊作者。研究工作獲國家自然科學基金等支持，并得到了華東師大公共創新服務平臺電鏡中心和微納加工中心等平臺的幫助。