乌得勒支大学研究人员首次对光子超粒子的三维结构进行了定量绘制。光子超粒子是一类由数千个更小的胶体颗粒组装而成的微观球体。研究团队表示，以往研究多依赖扫描电子显微镜获取清晰的表面图像，但难以直接观察其内部结构；此次通过将超分辨率显微成像与机器学习方法结合，团队发现，一些在电子显微镜下表面呈现无序特征的超粒子，其内部结构却往往接近完美晶体。

相关论文已发表于《Advanced Materials》。

研究人员在论文中提到，蓝色摩尔福蝴蝶的鲜艳色彩来自翅膀的内部微结构而非色素：微观尺度上颗粒的排列会改变光的反射方式，使其呈现强烈蓝色，并在不同观察角度下保持颜色一致。受这一现象启发，博士生杰西·布克曼（Jesse Bückmann）关注颗粒排列与材料性质之间的关系，以及排列发生细微变化时可能带来的差异。

在实验中，团队研究的对象并非蝴蝶，而是光子超粒子——由数千个二氧化硅颗粒构成的微观球体，这些颗粒共同形成晶格，并可产生与摩尔福蝴蝶类似的角度无关颜色。研究团队在乌得勒支大学奥恩斯坦大楼的实验室中制备这些“微型晶体”。布克曼表示，样品是否达到预期效果，通常需要在显微镜下观察后才能确认。

研究团队指出，材料的关键性质往往由内部结构决定，因此需要能够进入三维内部成像的显微技术。此次工作也验证了此前模拟研究提出的可能性：外观无序的结构内部可能存在“隐秘”的高度有序晶体。

为实现三维内部解析，团队结合使用三维共聚焦显微镜与STED显微镜。STED显微镜因显著提升分辨率而与2014年诺贝尔化学奖相关。本研究中，团队称其分辨率相较传统共聚焦显微镜提升约四倍。研究人员解释称，所研究的颗粒尺寸小于500纳米，接近可见光波长，只有在更高分辨率下，才能在三维空间中清晰识别单个颗粒。

在方法上，软凝聚态物理教授阿尔方斯·范布拉德伦（Alfons van Blaaderen）开发了将荧光核嵌入超粒子的方案，使研究人员能够定位单个颗粒并确定其精确坐标。随后，研究人员阿尔普图·乌卢戈尔（Alptu Uluğol）与劳拉·菲利恩（Laura Filion）开发的机器学习模型被用于区分不同晶体类别，以捕捉颗粒排列的细微差异。

研究团队表示，该研究以基础科学问题为主，但相关成像与分析方法可推广至其他胶体体系。研究人员同时提到，光子超粒子在应用层面可能用于更耐用的涂层材料，提供更持久稳定的颜色；团队也在探索提升结构稳定性的途径，以便更易于在相关场景中使用。