熒光材料加速超快光脈沖

【概要】被稱為分子聚集體的二維材料是非常高效的發光體，其工作原理與典型的有機發光二極管（OLED）或量子點不同，然而它們作為新型光電子器件的組件，其潛力受到響應時間相對較慢的限制。現在，麻省理工學院，加州大學Berkeley分校和東北大學的研究人員已經找到了一種方法來克服此項限制，并且極有可能拓寬材料的應用領域。

【圖注】在該圖像中，光照射沉積在金屬基底上的分子晶格上。分子可以快速地與下面的金屬交換能量，這種機制可縮短晶格發射熒光的響應時間。

麻省理工學院機械工程副教授Nicholas X. Fang和他的團隊發現，縮短這些2-D分子聚集體（2DMA）響應時間的關鍵是將這種材料與薄層的金屬，如銀，相結合。2DMA和僅幾納米遠的金屬之間的相互作用將材料的光脈沖速度提高了十倍以上。

這些2DMA材料表現出許多不尋常的特性，并且可在室溫下產生Bose-Einstein凝結物的異質物，而其它方法則需要極端冷卻。它們也被應用于諸如太陽能電池和光收集有機天線的技術中。但是，這項新工作首次闡明了這種材料的發光方式，其在非常接近的金屬片之間可能產生的強烈反應。

為了使這些材料在諸如半導體芯片之類的設備（例如光電芯片）中得到應用，研究者使用光來實現它們的操作-“這項研究的挑戰是需要對他們進行快速切換”，這種操作史無前例，方副教授解釋道。在金屬基板附近，發光的響應時間從60皮秒（兆億次）下降到了僅僅2皮秒，方副教授說：“這是非常令人吃驚的，因為我們所觀察的材料，尺寸甚至達到5到10距離的表面納米，在聚合物間具有間隔層，給這種成對材料的大量合成提供了反應場所，我們認為這項技術可應用于精密卷繞對位印刷。”

方副教授說，如果用于信號處理，比如通過光線發送數據而不是無線電波，這種技術進步可能導致大約40吉赫茲的數據傳輸速率，這比目前所提供的設備約快8倍。但他提醒道，“盡管這是非常有應用前景的一步，但現在就將其轉化為實用的可制造設備還太早。”研究團隊只研究了多種分子聚集體的其中之一，可能還有其他機會找到更好的變化。“這實際上是一個非常豐富的發光材料系列，”方副教授說。

由于材料的響應性極易受到臨近金屬基板的精確接近度的影響，所以這種系統也可用于非常精確的測量工具。“相互作用隨著距離的減小而減小，所以現在可以用它來測量材料表面的接近度。”方副教授說。我們團隊會繼續研究這些材料，下一步將研究其對金屬表面圖案可能產生的影響，因為此項測試迄今為止僅使用于平面。要解決的其他問題包括確定這些材料的有效使用壽命以及如何擴展這些材料的應用領域。

該團隊還包括麻省理工學院的Soon Hoon Nam；加州大學Berkeley分校的朱曉曉，劉小澤，張祥，和東北大學劉永民。這項工作得到了國家科學基金會，馬斯達爾科學技術研究所和阿卜杜拉國王科技大學的支持。

文獻鏈接：A new approach to ultrafast light pulses | MIT News
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