圓偏振激光因其兼具高的發(fā)光強(qiáng)度和大的不對(duì)稱因子，在不對(duì)稱合成、手性傳感、顯示和量子光通信等領(lǐng)域具有重要應(yīng)用前景。手性有機(jī)分子為開發(fā)本征圓偏振激光提供了一個(gè)理想的平臺(tái)。然而，大多數(shù)手性有機(jī)分子的手性和發(fā)光單元存在空間上的分離，表現(xiàn)出弱的手性光學(xué)活性。具有光學(xué)增益的螺旋手性分子骨架具有完全重疊的手性和發(fā)光中心，有望實(shí)現(xiàn)高性能的圓偏振激光。 近日，中國科學(xué)院化學(xué)研究所趙永生課題組和董海云課題組合作開發(fā)了一種手性超分子相互作用策略，在有機(jī)微晶中獲得了適應(yīng)性螺旋手性，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)了高不對(duì)稱因子的圓偏振激光出射。 作者選擇了一種兼具螺旋手性和光學(xué)增益的四苯基乙烯衍生物TPBE作為模型化合物，通過引入手性樟腦酸分子（Cam）與TPBE分子的手性P和M構(gòu)象進(jìn)行差異化的分子間相互作用，以實(shí)現(xiàn)凈的手性光學(xué)活性，為實(shí)現(xiàn)有機(jī)圓偏振激光提供了可能（圖1）。
通過液相分子自組裝的方法，制備了高質(zhì)量的TPBE微晶。進(jìn)一步利用分子擴(kuò)散的方法將手性Cam引入到了主體TPBE的框架結(jié)構(gòu)中（圖2）。手性Cam分子的引入誘導(dǎo)了TPBE分子構(gòu)象的變化，有望產(chǎn)生優(yōu)異的手性光學(xué)活性。 手性Cam摻雜的TPBE（Cam@TPBE）微晶展現(xiàn)出優(yōu)異的適應(yīng)性手性光學(xué)學(xué)活性（圖3）。一對(duì)Cam對(duì)映體（L-Cam和D-cam）可以誘導(dǎo)出鏡像對(duì)稱的圓二色（CD）光譜和圓偏振發(fā)光（CPL）光譜。并且，Cam@TPBE微晶的手性光學(xué)活性隨Cam濃度增加。 最終，得益于手性超分子微晶的自適應(yīng)螺旋手性與優(yōu)異受激輻射性能的有效耦合，L-Cam和D-Cam摻雜的TPBE微晶實(shí)現(xiàn)了相反手性的圓偏振激光出射，其不對(duì)稱系數(shù)高達(dá)~ 0.7（圖4）。 總的來說，我們的工作證明了增益中心與手性活性中心充分重疊對(duì)于獲得高的手性光學(xué)活性至關(guān)重要，對(duì)于面向高性能圓偏振激光器件的手性有機(jī)分子材料設(shè)計(jì)具有重要指導(dǎo)意義。 論文信息 Adaptive Helical Chirality in Supramolecular Microcrystals for Circularly Polarized Lasing Miaosen Lu, Penghao Li, Xinyu Dong, Zhengjun Jiang, Shizhe Ren, Jiannian Yao, Haiyun Dong, Yong Sheng Zhao 文章的第一作者是中國科學(xué)院化學(xué)研究所的盧淼森碩士和李鵬昊博士。 Angewandte Chemie International Edition DOI: 10.1002/anie.202408619
