有機納米光子學(xué)旨在構(gòu)建基于有機納米結(jié)構(gòu)的微型化光子信息處理和存儲器件。由于有機材料優(yōu)異的光電性能和結(jié)構(gòu)可調(diào)性，基于有機微結(jié)構(gòu)的激光、波導(dǎo)和邏輯電路等光子器件具有廣闊的發(fā)展前景。光子學(xué)被認為是一種優(yōu)越的高密度信息處理方法，因為光的光強、偏振特性、相位信息都可以作為信息載體使用。然而，關(guān)于光的偏振信息在有機材料光波導(dǎo)過程中以及耦合輸出時的變化，迄今為止還未被研究或?qū)崿F(xiàn)。
近日，中科院化學(xué)所鐘羽武研究員團隊提出了偏振光子的三種波導(dǎo)耦合輸出模式，即選擇性(selective)、各向異性(anisotropic)和同一性(consistent)多通道偏振光子耦合輸出，并成功在一系列二維片狀分子晶體中進行了驗證和實施。
研究人員通過線型吡啶基共軛有機分子與高氯酸的原位反應(yīng)制備了一系列具有均勻規(guī)整二維形貌的片狀分子晶體1(HClO4) – 5(HClO4)。通過改變分子的共軛程度以及調(diào)控分子堆積模式，實現(xiàn)了晶體的高效全色線偏振發(fā)光(LPL)，發(fā)光量子效率為10% - 35%，偏振度(degree of polarization)為0.62 – 0.85。 進一步地，通過激光激發(fā)該類晶體的晶面中心，研究人員探究了各類晶體激發(fā)位點(EX)的源發(fā)射和各條邊的波導(dǎo)輸出光的偏振信息變化。晶體2(HClO4)表現(xiàn)出選擇性偏振光子輸出模式，只在其棱形晶體的兩條邊緣進行耦合輸出，并且其偏振發(fā)向和偏振度與源發(fā)射相比發(fā)生了顯著變化。六邊形晶體4(HClO4)表現(xiàn)出各向異性輸出模式，六條邊輸出的偏振光子具有明顯不同的偏振方向和偏振度。此外，紅色發(fā)光晶體5(HClO4)表現(xiàn)出同一性偏振光子輸出模式，即每個波導(dǎo)通道輸出的偏振光子具有相同的偏振信息。研究表明，晶體的形貌和尺寸以及相應(yīng)分子在晶體中的排列模式和光學(xué)躍遷偶極矩的取向差異，對這些晶體的偏振光子耦合輸出模式有重要影響。 該工作通過吡啶官能化的線性共軛分子與高氯酸的原位反應(yīng)制備了高效線偏振發(fā)光有機分子晶體，并基于分子堆積和偶極取向排列的改變，實現(xiàn)了不同模式的多通道偏振光子耦合輸出，證明了有機微納材料在偏振光子操控及信息處理方面的巨大潛力。 論文信息 Selective, Anisotropic, or Consistent Polarized-Photon Out-Coupling of 2D Organic Microcrystals Zhong-Qiu Li, Dian-Xue Ma, Fa-Feng Xu, Ti-Xiong Dan, Zhong-Liang Gong, Jiang-Yang Shao, Yong Sheng Zhao, Jiannian Yao, Yu-Wu Zhong Angewandte Chemie International Edition DOI: 10.1002/anie.202205033
