廣東
今天來學習麻省理工學院Peter T. C. So與Edward S. Boyden團隊2026年5月12日發(fā)表的一篇Nature Photonics論文：Isotropic shrinkage of patterned vacancies enables three-dimensional nanoprecise metastructures for visible light applications 圖案化空位的各向同性收縮實現(xiàn)可見光應用的三維納米精度超構結構
背景介紹
納米級特征尺寸的三維超構結構在光子學等前沿領域極具應用潛力但制造極其困難。傳統(tǒng)的增材制造技術難以在無支撐的情況下構建復雜的三維內部空腔或高深寬比結構，極易發(fā)生力學坍塌。而傳統(tǒng)的減材加工技術則死死受制于加工光源的光學衍射極限，其分辨率通常停留在幾百納米級別，無法滿足可見光波段極其精密的納米級折射率調控需求。
一句話解釋
通過雙光子激發(fā)光敏劑在溶脹的水凝膠基體內部精準切斷分子鏈形成微觀空洞，隨后引發(fā)凝膠整體十倍以上的等比例收縮，成功突破衍射極限并造出了數(shù)十納米分辨率的三維超精細全光計算陣列。
圖1 核心工藝
展示了內爆雕刻的物理化學基礎。圖1a工藝的三個關鍵演進：首先在溶脹水凝膠基體中完成光敏劑介導的精準三維激光切割，隨后通過陽離子誘導各向同性收縮將微米級結構濃縮至納米級特征，最后通過超臨界脫水技術固化并保留所有內部懸空形態(tài)。圖1b從高分子網(wǎng)絡層面揭示了其切斷機制，激光活化游離的光敏劑產生單線態(tài)氧和羥基自由基，這些活性氧在水環(huán)境中擴散范圍約100納米，能夠精確切斷水凝膠骨架主鏈。
圖4 折射率與相位的精密調控
圖4a與圖4b利用陣列化不同深度的圓形空腔展示了深度編程方案，隨后的干涉相位圖像將物理深度轉化為光學相位信息。
圖4c證明了z切片數(shù)與實際深度之間的線性關系，圖4d進一步證明深度與光相位延遲之間的線性對應關系，反推確認脫水凝膠與空氣腔之間形成了約0.5的折射率對比度。
圖5 可見光納米神經(jīng)元陣列
圖5a與圖5b 利用優(yōu)化算法端到端反向設計全光機器視覺的厚度陣列。圖5c至圖5f 器件從水凝膠原始態(tài)到最終硬化收縮態(tài)的演變。原子力顯微鏡掃描出的一維高度輪廓曲線與理論設計階躍曲線重疊，確認系統(tǒng)以500納米的橫向分辨率和8階臺階構建了物理神經(jīng)網(wǎng)絡。
圖6 全光計算分類性能
圖6a在532納米的綠光波段對多個手寫數(shù)字圖像輸入進行了光場分類。實測的高亮歸一化光強分布在視覺結構上復刻了數(shù)值模擬分布。圖6b t-SNE分析，直觀證明物理器件的真實光學響應結果與仿真預測結果在相空間內實現(xiàn)了高度緊密的同簇聚類。
點評：
這篇文章雖然基本上不太能實用化，思想還是有點意思。
先看背景：
1.衍射神經(jīng)網(wǎng)絡的每個神經(jīng)元是一個控制相位偏移的微小區(qū)域，光穿過這些區(qū)域時發(fā)生衍射和干涉，天然完成加權求和，推理過程就是光傳播本身。但這條路要在可見光波段工作，神經(jīng)元尺寸必須壓到亞微米量級，而這個尺度的三維結構用傳統(tǒng)方法制造有困難。
2.光學衍射極限。傳統(tǒng)光刻受限于光源波長，可見光段的加工分辨率只能停在幾百納米量級。傳統(tǒng)思路是換更短波長的光源或更高數(shù)值孔徑的物鏡，代價是設備成本上升，而且對三維內腔結構依然困難。這篇文章先在大尺度下把結構刻出來，再整體縮小。
再看局限：
1.與主流固態(tài)器件陣列工藝不兼容。
2.吞吐率與擴展性問題。逐點雙光子掃描本就耗時，加上幾十小時的逐級離子置換與超臨界脫水，不具備大面積高通量陣列化量產的工程可行性。
3.重復性，穩(wěn)定性問題。
4.實現(xiàn)功能簡單，效率低。
參考文獻：DOI: 10.1038/s41566-026-01896-1
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