光波導(dǎo)是實(shí)現(xiàn)光電集成和光子集成的關(guān)鍵。近日，安徽大學(xué)先進(jìn)材料原子工程研究中心朱滿洲教授、陳爽副教授科研團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)金屬納米團(tuán)簇中的光波導(dǎo)行為。這是在金屬納米團(tuán)簇材料中發(fā)現(xiàn)的重要光傳播新現(xiàn)象，填補(bǔ)了納米團(tuán)簇光子性質(zhì)研究的空白，豐富了有源光波導(dǎo)和偏振發(fā)光材料的研究，是材料科學(xué)前沿的重要研究成果。相關(guān)成果日前發(fā)表于《科學(xué)》。據(jù)悉，該論文是安徽大學(xué)首次以第一完成單位在《科學(xué)》正刊上發(fā)表的科研論文。

圖為金屬納米團(tuán)簇光波導(dǎo)

研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，配體保護(hù)的兩種金屬團(tuán)簇材料具有優(yōu)異的光波導(dǎo)性能，光損耗系數(shù)低于大多數(shù)無機(jī)、有機(jī)和雜化材料，研制的兩種金屬團(tuán)簇的晶體排列和分子取向?qū)е铝似錁O高的極化比，為有源波導(dǎo)和極化材料家族提供了新成員。這在未來信息儲(chǔ)存、集成光學(xué)等領(lǐng)域具有潛在應(yīng)用前景。

光波導(dǎo)具有抗干擾能力強(qiáng)、保真度高等特點(diǎn)，其廣泛應(yīng)用于光電調(diào)制器、光子耦合器、光子電路等領(lǐng)域。在有源光波導(dǎo)系統(tǒng)中可以利用分子偶極矩取向影響光子傳輸方向形成偏振光波導(dǎo)。目前，多種光子納米結(jié)構(gòu)被開發(fā)用作光波導(dǎo)材料，但它們?nèi)匀淮嬖谥�光學(xué)損耗高和制造工藝復(fù)雜等問題。而配體保護(hù)的金屬納米團(tuán)簇具有原子精確的結(jié)構(gòu)、良好的光學(xué)性質(zhì)和較大的斯托克斯位移，這些特點(diǎn)使其非常適合用于光電器件，并且團(tuán)簇的光學(xué)性質(zhì)可以通過金屬摻雜、配體調(diào)控、價(jià)態(tài)調(diào)整等手段進(jìn)行調(diào)控。因此，金屬納米團(tuán)簇非常適合用作光波導(dǎo)材料并探索其結(jié)構(gòu)與性質(zhì)之間的聯(lián)系。

此次研究中，研究人員設(shè)計(jì)并合成具有橙色和紅色發(fā)光的Pt1Ag18和AuxAg19-x納米團(tuán)簇，兩種納米團(tuán)簇的晶體都表現(xiàn)出優(yōu)異的光波導(dǎo)性能，它們的光損耗系數(shù)低于大多數(shù)有機(jī)、無機(jī)以及雜化材料。并且，這種光波導(dǎo)性質(zhì)在金屬納米團(tuán)簇中具有一定的普適性，研究團(tuán)隊(duì)在AuCu14、Au4Cu6、Pt1Ag37等納米團(tuán)簇中都發(fā)現(xiàn)了這種現(xiàn)象。由于納米團(tuán)簇間的多種弱相互作用，納米團(tuán)簇晶體表現(xiàn)出一定程度的柔韌性，彎曲和分支狀態(tài)的晶體仍然具有明顯的光波導(dǎo)行為。由于Pt1Ag18和AuxAg19-x納米團(tuán)簇的晶體結(jié)構(gòu)和堆積方式的差異，它們?cè)诠獠▽?dǎo)過程中表現(xiàn)出了不同的偏振發(fā)光。Pt1Ag18和AuxAg19-x表現(xiàn)出聚集誘導(dǎo)發(fā)射增強(qiáng)的性質(zhì)，這使得它們的晶體能表現(xiàn)出更強(qiáng)的光致發(fā)光。

光波導(dǎo)材料是光學(xué)器件和光學(xué)系統(tǒng)中的關(guān)鍵組成部分，在光通信、光學(xué)傳感和光學(xué)計(jì)算等領(lǐng)域發(fā)揮著重要的作用。研究人員介紹，金屬納米團(tuán)簇光波導(dǎo)行為的發(fā)現(xiàn)為開發(fā)配體保護(hù)的金屬納米團(tuán)簇作為活性光波導(dǎo)材料提供了理論基礎(chǔ)和應(yīng)用前景，為構(gòu)建基于團(tuán)簇的小型化集成納米光子器件提供了支持。

相關(guān)鏈接：https://doi.org/10.1126/science.adh2365