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张浩力教授课题组:有机微螺旋激光

自从1960年激光器发明以来,激光已经成为近一百年中最伟大的发明之一,一方面为满足极限条件下应用需求,激光其的能量提升和脉宽压缩不断刷新着记录,另一方面很多应用又在要求激光小型化、微型化。微纳激光器是工作介质尺寸和共振腔体积在波长或亚波长尺度的小型化激光器,是纳米技术和激光技术与交叉融合产生的研究前沿。有机固态半导体激光器因其在未来光子电路中的潜在应用而引起了越来越多的兴趣。

有机微纳激光器具有与传统无机激光器不同的特性,而如果能够实现有机微纳结构的高效手性发光进而实现手性激光,将为有机光子学的研究带来新的发展机遇。然而实现有机手性微纳激光,还存在材料和机制理解等多方面的瓶颈问题。首先是有机材料本身手性发光不对称因子(glum)较低,难以满足有机手性激光的实际要求;然后就是目前对有机手性激光器工作原理和机制还没有充分的认识。

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近日,兰州大学张浩力教授团队的孙春霖副教授与中国科学院化学研究所姚建年院士以及首都师范大学付红兵教授团队合作,利用非手性二苯乙烯基苯衍生物(HM-DSB)分子,形成手性的有机微螺旋形貌。手性微纳结构锁定了分子的手性构象,获得了不对称因子glum最高为0.088的发光螺旋结构。首次通过激光显微切割方式调整手性螺旋共振腔,实现了螺旋微纳腔的激射现象。

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在本文中,研究人员通过优化自组装条件,形成了具有手性形貌的有机微螺旋结构。使用微区光谱系统,可以分别对左右手性形貌单根螺旋结构进行系统地光子学表征。发现手性微螺旋具有独特的光子特性,包括依赖于螺旋度的圆偏振发光,周期性光波导和依赖于长度的激射行为。从有机微螺旋线成功观察到激光行为,将手性发光设计理念从研究分子手性扩展到考察有机光子材料的形貌手性,为手性光子学器件提供了新的设计策略。

这部分工作发表在Angew. Chem. Int. Ed. (2020, 10.1002/anie.202002797)上,该论文作者为:Chun-Lin Sun, Jun Li, Qi-Wei Song, Yu Ma, Ze-Qi Zhang, Jian-Bo De, Qing Liao, Hongbing Fu*, Jiannian Yao*, Hao-Li Zhang*。

文章链接:https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202002797

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