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化学所在有机纳米结构用于微尺度光波导及紫外激光器方面取得新进展

2008-11-04 10:16
小鱼时代
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    纳米导线对于微电子器件集成是必不可少的,与电子器件相对应,光子器件也在向着小型化和集成化方向发展,因此微型光导材料的研究就成为集成光路的关键。一维纳米光波导材料在过去几年成为研究热点,这些纳米级的光波导可以在亚波长尺度下对光进行传导和操纵,并且纳米材料与周围环境之间折光率的差异可以形成一个很好的亚波长尺度的谐振腔,用于光泵浦及电泵浦激光器。然而到目前为止,此类工作绝大多数都集中在无机半导体材料方面。近几年,有机纳米材料、尤其是有机小分子纳米材料得到了快速的发展。有机小分子结构可设计性强,发光效率高,而且有着良好的有序自组装性能,因此有机纳米材料有望成为下一代微型光电器件的组成单元。

 

    在国家自然科学基金委、科技部和中国科学院的支持下,化学所光化学院重点实验室姚建年院士课题组开发了一种吸附剂辅助的物理气相沉积技术,将色谱用的吸附剂引入气相沉积体系,从而显著改善了有机纳米材料的结晶性和尺寸均匀性。这种方法已经被证明是一种制备尺寸均匀的有机小分子单晶纳米线的普适性的技术。利用该技术,他们制备了一系列有机一维纳米材料,并研究了纳米材料所表现出的光学特异性 (Chem. Mater. 2006, 18, 2302-2306;Adv. Mater. 2007, 19, 3554 -3558;Adv. Mater. 2008, 20, 79-83)。结果表明,所制备的单晶纳米线表现出了与块体材料显著不同的光学性质,纳米线在室温下就明显出现了发射光谱的窄化,为研究纳米线的受激发射行为提供了可能性。

 

    最近,该课题组同有机固体院重点实验室江雷研究员合作,研究了有机单晶纳米线的光波导与受激发射行为,相关研究成果发表在《先进材料》上(Adv. Mater. 2008, 20, 1661-1665)。他们采用吸附剂辅助的气相沉积技术,以一种功能有机小分子2,4,5-三苯基咪唑(TPI)为前驱体,制备了矩形截面的单晶纳米线。所制备的TPI纳米线可以作为亚波长尺度的光波导材料,而且在一定功率的光激发下,这些纳米线在紫外波段表现出受激发射的行为,根据纳米线直径的不同,可以分别得到单模式和多模式的受激发射,有望进一步发展成为微型近紫外激光器,用于纳米级的光电子器件中。文章发表以后被NatureChina选为最新研究亮点,以“Nanowires: Small and organic”为题进行报道。随后被Nature亚太区的Asia Materials选作特色研究亮点(Featured Highlight)并以“Lasing down the line”为题进行了专门报道。

 

    进一步,他们又用一种化学发光材料9,10-二苯乙炔基蒽(BPEA)为前驱体,制备了单晶微米管和线,用于光波导材料的研究。受中间的空气介质的影响,管结构表现出与实心的线不同的光波导行为。对比结果表明,微米管光波导具有更低的光学损耗,这是由于中空结构显著降低了材料与周围介质的光耦合。相关结果发表在近期的《德国应用化学》上(2008, 47, 7301?7305)。审稿人评价“这一重要而有趣的发现表明将中空的有机管状结构用作光波导材料是非常有前景的”。

 

(编辑:小曾)

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