近年来，软物质光子学的研讨正渐渐的变成为功用资料、柔性光电子、软凝聚态物理等范畴的穿插研讨前沿。“软物质”这一概念最早由Pierre-Gilles de Gennes在1991年的诺贝尔获奖感言中提出，描绘的是介于液体和抱负固体之间的资料，如胶体、泡沫、液晶、凝胶、聚合物、活性物质等，其功用拼装具有自发性，一起能活络感知多种外部影响。这些特性为软物质系统在生命系统、分子器材、调光资料、生物医学等方面的使用奠定了坚实的根底。
图1.（封面图 艺术效果图） 液晶超结构的软物质光子学使用展现。图中显现了拓扑超结构、结构光场、及粒子操作使用的艺术效果。
液晶是一种典型的软物质资料，兼具液体的流动性和晶体的各向异性。液晶中存在着丰厚的相态，包含向列相、近晶相、胆甾相、蓝持平，并可经过分子自拼装构筑林林总总的液晶态微结构（图2）。其一起的物理性质和可控的指向/方位有序性使得液晶大范围的使用于当今干流信息显现范畴。假如人们能把握怎么规划、制作和操作液晶系统中的微结构，不仅能推进软物质这一新式学科的加快速度进行开展，一起也将为未来光学器材的开发带来新的机会。别的，生物质液晶（如纤维素、DNA、丝蛋白等）也将为开展绿色环保、生物兼容的软物质光学渠道供给新的途径。
南京大学现代工学院马玲玲副研讨员、李洒脱、潘为论文一起榜首作者，南京大学陆延青教授、王瑜副教授和南京邮电大学李炳祥教授为论文一起通讯作者，南京大学季月娥、蒋畅、郑仁、王泽宇对本文亦有重要贡献。该研讨由国家重点研制方案（青年科学家项目）、国家自然科学基金、江苏省前沿引领技能根底研讨专项基金、江苏省自然科学基金、江苏省双创方案等赞助完结。
本篇文章回忆了软物质液晶光子学的最新进展，提醒了对不同液晶态超结构控制的机制，总结了液晶/生物质液晶超结构在光学范畴的新式使用，并展望了未来趋势与应战。
物质结构是连通微观与宏观世界的要害枢纽和桥梁。不同液晶相具有其特征的结构排布和纹路织构，展现出一起的物理性质，尤其是光学性质，赋予液晶器材多样化的功用和使用。
微纳标准下，有序液晶微结构的精准构筑和动态调控对资料功用的提高发挥着重要的效果（图3）。前者的中心思想是经过将“自下而上”的液晶自拼装进程与“自上而下”的微加工技能相结合来完成液晶微结构的按需制备。如使用二维鸿沟锚定、三维几许约束等手法，人们在近晶相液晶中制备出了一系列具有光学功用的拓扑缺点超构阵列，在胆甾相液晶中完成了简直恣意图画化的光栅超结构。后者则首要使用液晶资料对热、力、光、电、磁等外场的高活络呼应，完成对液晶超结构（如孤子）的特定发生、手性回转、形状演化、运动行为、物理性质等方面的动态调控，展现了功用液晶超结构在光学、光电子与光子学范畴不可估量的使用潜能。别的，根据纤维素的生物质液晶因具有结构可裁剪性、影响呼应性、形状多样性、易功用化等特性而推进了其在光学范畴的开展。
值得一提的是，光控取向技能因其高分辩、图画化、可编程、高效率等特色正逐渐成为液晶取向的要害技能。团队根据数控微镜阵列（digital micro-mirror device, DMD）的动态无掩膜光控取向技能（图4），完成了对各相态多层级液晶超结构的准确灵敏控制。
现代显现出现智能化、集成化、柔性化的开展的新趋势。文中回忆了根据热致/溶致液晶的结构色微显现器材，包含光呼应液晶全彩反射显现、液晶微滴双色标签、气动液晶弹性体多彩显现、根据纤维素纳米晶体写入/擦除的“光子纸”、生物质液晶“光子皮肤”。
透镜是许多与咱们的日子休戚相关的光学仪器不可或缺的组成部分。比较于传统透镜，液晶透镜具有可调谐、偏振灵敏等优势。文中列举了多种几许相位/动态相位透镜、可见光/太赫兹液晶透镜以及仿生四维可视化透镜阵列（图5）等多维成像元件。
液晶资料因其优异的电光性质可用于开发各种可调谐光场调控元件。图6列举了液晶中反射/透射式结构光的发生、轨道角动量的检测、微纳拓扑激射的完成，展现了其在时空结构光场范畴的功用与使用。
软履行器因其在多环境下的灵敏致动形变，一直是微机器人范畴的研讨热门。文中根据小分子和高分子液晶资料，展现了丰厚的履行操作功用，介绍了发丝定向“攀爬器”、形变与变色协同的仿生“蜥蜴”、湿度驱动“折纸花”、仿生自清洁外表、和粒子输运操作等液晶软履行器。
双碳年代下，智能窗户的开发是完成光/热高效使用的重要办法。液晶因其优秀的多重影响呼应性正逐渐成为智能窗的重要潜在资料。经过将液晶和半导体资料、新式低维资料、冲突纳米发电机等结合，可逐渐提高节能功用，并完成自供电智能窗户。赋能新光学资料和节能器材使用。
可控液晶超结构在软物质光子学范畴的潜力巨大。相关元件具有平面化、可编程、可调谐、柔性化、低成本、高效率、多功用等特色，但仍需从规划、资料、结构、器材等层面提醒背面的一系列核心问题，包含杂乱超结构自拼装动力学机理、最优化“结构-物性-功用”联系、资料/器材集成办法、大面积制备技能、别致物理效应等。能够精准规划、制备与调控液晶超结构的控制技能将继续鄙人一代液晶光子器材与使用中扮演重要人物。
综上，软物质液晶超结构为现阶段光学/光子学范畴的许多问题供给了一起的解决方案，使得软物质光子学逐渐走向更宽广的舞台。这一作业将鼓励研讨人员进一步发掘液晶超结构在软物质光子学及其很多使用方面的潜力。科学家们信任液晶能够在软物质物理和柔性光电子工业中发挥重要效果。
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