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

圖為金屬納米團簇光波導 研究團隊發(fā)現(xiàn)，配體保護的兩種金屬團簇材料具有優(yōu)異的光波導性能，光損耗系數(shù)低于大多數(shù)無機、有機和雜化材料，研制的兩種金屬團簇的晶體排列和分子取向?qū)е铝似錁O高的極化比，為有源波導和極化材料家族提供了新成員。這在未來信息儲存、集成光學等領(lǐng)域具有潛在應用前景。

光波導具有抗干擾能力強、保真度高等特點，其廣泛應用于光電調(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。

目前，多種光子納米結(jié)構(gòu)被開發(fā)用作光波導材料，但它們?nèi)匀淮嬖谥鈱W損耗高和制造工藝復雜等問題。而配體保護的金屬納米團簇具有原子精確的結(jié)構(gòu)、良好的光學性質(zhì)和較大的斯托克斯位移，這些特點使其非常適合用于光電器件，并且團簇的光學性質(zhì)可以通過金屬摻雜、配體調(diào)控、價態(tài)調(diào)整等手段進行調(diào)控。因此，金屬納米團簇非常適合用作光波導材料并探索其結(jié)構(gòu)與性質(zhì)之間的聯(lián)系。

此次研究中，研究人員設計并合成具有橙色和紅色發(fā)光的Pt1Ag18和AuxAg19-x納米團簇，兩種納米團簇的晶體都表現(xiàn)出優(yōu)異的光波導性能，它們的光損耗系數(shù)低于大多數(shù)有機、無機以及雜化材料。并且，這種光波導性質(zhì)在金屬納米團簇中具有一定的普適性，研究團隊在AuCu14、Au4Cu6、Pt1Ag37等納米團簇中都發(fā)現(xiàn)了這種現(xiàn)象。

由于納米團簇間的多種弱相互作用，納米團簇晶體表現(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行為。由于Pt1Ag18和AuxAg19-x納米團簇的晶體結(jié)構(gòu)和堆積方式的差異，它們在光波導過程中表現(xiàn)出了不同的偏振發(fā)光。Pt1Ag18和AuxAg19-x表現(xiàn)出聚集誘導發(fā)射增強的性質(zhì)，這使得它們的晶體能表現(xiàn)出更強的光致發(fā)光。 光波導材料是光學器件和光學系統(tǒng)中的關(guān)鍵組成部分，在光通信、光學傳感和光學計算等領(lǐng)域發(fā)揮著重要的作用。研究人員介紹，金屬納米團簇光波導行為的發(fā)現(xiàn)為開發(fā)配體保護的金屬納米團簇作為活性光波導材料提供了理論基礎和應用前景，為構(gòu)建基于團簇的小型化集成納米光子器件提供了支持。