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澳门微尼斯人娱乐化学所在低维有机光子学元件

发布时间:2019-07-15 21:15编辑:化学科学浏览(155)

    纳米光子学主要研究如何在微纳米尺度上对光子运动进行操纵、调节和控制,在未来信号传播和信息处理方面具有广泛的应用前景。有机材料中的Frenkel激子具有高的激子结合能,能够与光子耦合形成稳定的激子极化激元(Exciton Polariton, EP)。这种激子光子强耦合作用对有机纳米线体系中光波导行为和发光调制谐振等方面有着重要的作用。化学所光化学院重点实验室的科研人员近年来一直致力于低维有机光子学方面的研究工作(Adv. Mater., 2008, 20, 1661-1665; Angew. Chem. Int. Ed. 2008, 47, 7301-7305),探索了有机单晶纳米材料的低损耗波导与受激发射性质。

    纳米光子学主要研究如何在微纳米尺度上对光子运动进行操纵、调节和控制,在未来信号传播和信息处理方面具有广泛的应用前景。中国科学院化学研究所光化学重点实验室的研究人员近年来对低维有机材料光子学方面进行了系统的研究。在前期对一维有机光波导材料的研究中(Adv. Mater., 2008, 20, 1661-1665; Angew. Chem. Int. Ed., 2008, 47, 7301-7305)发现了有机材料中的Frenkel 激子与光子的强耦合作用所形成的激子极化激元(Exciton Polariton, EP)在有机光子学中的作用机制,从而利用三重态敏化,通过EP传播过程中的双向能量转移作用,实现了稳定白光输出的光波导器件(Adv. Mater., 2011, 23, 1380-1384),进一步利用有机晶体材料中的激子极化激元的超高折射率实现了双光子泵浦有机纳米线激光器(J. Am. Chem. Soc., 2011, 133, 7276-7279)。相关工作证实了有机低维材料在纳米光子学中的巨大潜力,为实现基于低维有机材料的光子学功能元件奠定了基础。

    最近,在国家自然科学基金委、科技部、中国科学院和化学所的支持下,科研人员在前期工作的基础上制备了三重态敏化剂均匀掺杂的有机纳米波导材料,通过激子极化激元传播过程中的双向能量转移,实现了稳定白光耦合输出的光波导器件 (Adv. Mater., 2011, 23, 1380-1384)。该工作证实了有机低维材料的波导过程中存在Frenkel激子与光子的耦合,为实现基于激子极化激元的有机光子学器件奠定了基础。进一步以阳离子表面活性剂为模板,诱导双光子荧光分子自组装,形成了四方截面的有机纳米线。通过测量有机纳米线微腔中Fabry-Pérot型发光光谱和模拟激子激元谐振模型下的电场强度分布,研究了其中激子极化激元传播并发生谐振的行为,同时实现了双光子泵浦的有机纳米线激光器(J. Am. Chem. Soc.,2011,133, 7276–7279)。相关研究结果为实现有机纳米光子学器件提供了新的思路。

    最近,在国家自然科学基金委、科技部、中国科学院和化学所的支持下,科研人员与美国西北大学的Huang Jiaxing教授合作,在前期工作的基础上,从有机纳米线异质结的可控制备入手,利用有机小分子特定的组装与生长特性,通过液相和气相两步法,实现了客体分子DAAQ在主体分子Alq3的一维主干结构上的可控外延生长,从而得到了一维有机分枝型异质结构。将有机异质结构中的荧光共振能量转移和光波导性质结合起来,实现了信号可调制的纳米光子路由器。这些研究结果为深入研究有机功能分子体系的组装行为,控制合成功能化有机复杂微纳结构,研究复杂结构中光子学的内在机制,以及探索光子通讯与运算中需要的各类元器件提供了重要的借鉴。相关结果发表于近期的《美国化学会志》上(J. Am. Chem. Soc.,2012,134, 2880-2883),工作发表以后被英国皇家化学会Chemistry World以“Branched organic nanowire heterojunctions”为题作了新闻报导。

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    有机纳米线中激子激元传播与能量转移示意图

    图1 低维有机纳米光子路由器,可实现单点激发,多通道不同的光信号输出

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    有机纳米线激子激元谐振腔中的电场分布

    图2 不同偏振输入对有机纳米光子路由器各个终端输出信号的调制作用

    光化学院重点实验室

    光化学院重点实验室

    2011年5月20日

    2012年2月23日

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