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低维有机光子学元件研究取得重要进展

导读: 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。

  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在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),研究人员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(EP)在有机光子学中的作用机制;进而利用三重态敏化,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、科技部和中国科学院的支持下,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(FRET)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)。英国皇家化学会Chemistry World 杂志以Branched organic nanowire heterojunctions 为题,对该项工作作了新闻报道。

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

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

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