美國國（guó）家標準與技術研究院（NIST）的研（yán）究人員及其來（lái）自中國南京大學的合作（zuò）團隊通過向散布有數百萬個微小二氧（yǎng）化鈦柱的載玻片上照射白光，以驚人的保真度再（zài）現了荷（hé）蘭藝術家約翰內斯·維米爾的傑（jié）作 -“戴珍（zhēn）珠耳環的少女”的明亮色（sè）調和微妙陰影。該（gāi）方法在提升光通信和增強貨（huò）幣偽（wěi）造難度方麵有（yǒu）巨大潛在應用。

圖：使用了數百（bǎi）萬個控製透射光顏色和強度的納米柱複（fù）製的“戴珍珠耳環的少女”

通過增加或（huò）減（jiǎn）少在光纖中傳播（bō）光的特定顏色或波長，可以控製（zhì）光（guāng）纖攜帶的信息量。通過改變強度，研究人員（yuán）可以保持光信號在光（guāng）纖中長距離傳播時的（de）亮度。該方法也可用於（yú）“畫”有細小但複雜顏色細（xì）節的紙幣，使（shǐ）造假者很難偽（wěi）造。

之前曾有科學家（jiā）使用大小不同的微柱或納米柱在白光照射下捕獲並（bìng）發（fā）出特定顏色（sè）。約600納米高、直徑小於人發一百分之一的納米柱寬度決定了柱子捕（bǔ）獲和發射（shè）光的特定顏（yán）色。為了對該技術進行嚴格測試，研究人員檢驗了納米柱再現維米爾等著名畫家作品（pǐn）顏色（sè）的能力。

盡管研究小組已成功準備好了（le）數百萬個納米柱，其尺寸專門用於透射紅、綠或（huò）藍（lán）光以創建特定的輸出顏色調色板，但（dàn）這些顏色（sè）的強度不容易被控製。顏色強度或亮度決定了圖像的（de）光與影（明暗（àn）對（duì）比），並增強表達透視和深度觀感的能力，這（zhè）是維米（mǐ）爾作品的標誌性特征。

現在，通過製造能捕獲並發出特定顏色的光（guāng）、且能不同程度地改變其偏振的納米柱，NIST研究人（rén）員和其來自中國（guó）南（nán）京大學的合作者首（shǒu）次展示了一種控製顏色和強度的方法，研究成果（guǒ）發（fā）布在Optica雜誌上（shàng）。

左圖：用於生成全色納米圖像的圖解原理圖。插圖顯示了組成二氧化鈦納（nà）米柱和製造納（nà）米柱的（de）掃描電子顯微鏡圖像（xiàng）。比例：500 nm。右圖：白光照射下生成“戴珍珠耳環的少女”實驗彩圖。比（bǐ）例：50μm

NIST團隊在載玻片上製造了橢圓形二氧化鈦（tài）納米柱，其橫截麵為具有（yǒu）長軸和短軸的橢圓形。研究人員對納米柱進行（háng）了（le）特殊設計，使其長軸（zhóu）在不同位置與入射白光的偏振（zhèn）方向更多對齊或更少對齊。如果納米柱的長軸與入射光的偏振方向完全對齊，則（zé）透射光的偏振不受影響。如果長軸（zhóu）相對（duì）於入射光的偏振方向旋轉了某個角度，比如（rú）20度，納米柱則會將入射光的偏振旋轉該角度的2倍，即40度。

在載（zǎi）玻片上（shàng）的各個位（wèi）置，納米柱的方向都將其透射的（de）紅、綠（lǜ）或藍光的偏振旋轉了（le）特定數量。每（měi）個納米柱本身所施加的旋轉不會以任何方式改變透射光（guāng）的強度，然而研究人員在載玻片背麵放置了一個特殊偏振濾光鏡，光的強度（dù）就發生（shēng）了變化。

由於濾光鏡的方向使其阻止（zhǐ）任何保（bǎo）留原始偏振的光通過，因此載玻片上有些納米柱能保持不（bú）變的入射光偏振，這樣的區域投（tóu）射（shè）為遠（yuǎn）處屏（píng）幕上的暗點。在納米柱旋轉了（le）入射白光偏振的位置上（shàng），濾光鏡允許一定量（liàng）的紅、綠或藍光通過。數量取決於旋（xuán）轉角度，角度越大，透射光的（de）強度越大。通過這種方式（shì），研究團隊首次控製了色彩和亮度。

在這一技術的基礎上，NIST的（de）研（yán）究人員製作了約1毫米長的維米爾畫作微型版本的（de）數字副（fù）本，然後使（shǐ）用數字信息來引導由數百萬個納米柱組成（chéng）的矩陣。通（tōng）過一組方向與（yǔ）入射（shè）光成特定角度的五個納米柱（一個紅，兩個綠和兩個（gè）藍）表示維米爾每個圖像元素或像素的顏色和強度，以極高的清晰度複製了畫作 -“戴珍珠耳環（huán）的少女”，甚至捕捉到了畫布上的油漆紋理。研究人員認為，複（fù）製的質量（liàng）捕捉了微妙的顏色漸變和陰影細節，令人（rén）讚歎，優雅地架起了藝術和納米技術領域的橋（qiáo）梁（liáng）。

此（cǐ）項納米柱技術能夠輕鬆地應用於以特定強（qiáng）度傳輸特定顏色的（de）光，實現通過（guò）光纖進行信息交流，或（huò）者用難以複製（zhì）的微型多色（sè）識別標記為紙幣等有價值（zhí）物品打上印記，應用前景（jǐng）極為廣泛。

（譯：車（chē）薇娜 / 圖（tú）：NIST & 南（nán）京大學（xué））