◆稀土摻雜光集成電路材料有望使通信設(shè)備小型化

現(xiàn)代通信系統(tǒng)通常利用光導(dǎo)纖維在設(shè)備內(nèi)部或者設(shè)備之間傳遞信號(hào)。這些設(shè)備中的集成光路將多種功能結(jié)合進(jìn)單個(gè)電路中。不過，信號(hào)傳遞需要長(zhǎng)的光導(dǎo)纖維，從而使設(shè)備很難小型化。為解決這一問題，科學(xué)家開始測(cè)試平面型波導(dǎo)，而非長(zhǎng)的光導(dǎo)纖維。

在美國(guó)物理學(xué)會(huì)（AIP）出版集團(tuán)所屬《應(yīng)用物理學(xué)雜志》上，英國(guó)利茲大學(xué)科研人員報(bào)告了針對(duì)一種玻璃的激光輔助研究。該研究展示了其作為一種寬帶平面波導(dǎo)放大器材料的前景。這種材料通過將一類由鋅、鈉、碲制成的玻璃和稀土元素鉺摻雜在一起獲得。摻雜了鉺的波導(dǎo)放大器本身已經(jīng)受到關(guān)注，因?yàn)殂s的電子躍遷發(fā)生在通信技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)波長(zhǎng)1.5微米上。

平面型波導(dǎo)引導(dǎo)光線沿著單一幾何平面?zhèn)鞑?。研究人員采用了一種被稱為超快激光等離子體摻雜的技術(shù)。該技術(shù)利用超快激光器將鉺離子作為薄膜融入二氧化硅襯底。研究人員將高強(qiáng)度激光器瞄準(zhǔn)摻雜了鉺的玻璃表面。這會(huì)炸出一個(gè)微小的坑，并且產(chǎn)生由噴射材料羽流形成的薄膜。

薄膜形成過程產(chǎn)生的測(cè)量結(jié)果聚焦這種玻璃的消融閾值。這個(gè)量描述了利用強(qiáng)激光輻照將原子或分子分離所需的最小能量。研究人員確定了這個(gè)系統(tǒng)的消融閾值如何受到激光束半徑、激光脈沖數(shù)量以及鉺離子摻雜劑濃度的影響。

他們發(fā)現(xiàn)，消融閾值并不取決于制造設(shè)備所需的鉺離子的低摻雜濃度。論文作者Thomas Mann表示，盡管該研究完全關(guān)注的是將鉺離子作為摻雜劑，但“相關(guān)結(jié)果可適用于經(jīng)過超快激光器處理的其他介質(zhì)材料”。

研究人員還分析了在玻璃中爆炸形成的小坑形狀和特征。理解制造過程中產(chǎn)生的小坑的形態(tài)學(xué)，對(duì)于控制諸如有孔性、表面積以及材料散射或者吸收光線的能力等屬性非常重要。

(中國(guó)科學(xué)報(bào))

◆激光調(diào)控金屬間電子轉(zhuǎn)移及配合物功能取得系列進(jìn)展

光應(yīng)答分子材料可以在不同波長(zhǎng)的光照射下在兩個(gè)或多個(gè)狀態(tài)之間可逆切換，導(dǎo)致材料顏色、形狀、磁性、導(dǎo)電性等物理化學(xué)性質(zhì)變化，從而在分子開關(guān)、傳感及高密度存儲(chǔ)器件等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景，近年來受到能源、催化、多功能材料等領(lǐng)域研究者們的廣泛關(guān)注。然而，目前光響應(yīng)材料特別是有機(jī)分子材料往往涉及分子結(jié)構(gòu)層次上的化學(xué)鍵改變或基團(tuán)轉(zhuǎn)動(dòng)，受限于空間位阻，通常只能在溶液中進(jìn)行高效的轉(zhuǎn)換，如何在固態(tài)實(shí)現(xiàn)各種功能的快速可逆控制是發(fā)展固態(tài)光響應(yīng)分子器件中面臨的重要挑戰(zhàn)。光致金屬離子的電子遷移或者重排可以在電子結(jié)構(gòu)層次調(diào)控材料性能，并在固態(tài)進(jìn)行高效可逆的轉(zhuǎn)變，為實(shí)現(xiàn)固態(tài)分子開關(guān)材料多功能調(diào)控提供了途徑。

精細(xì)化工國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室劉濤教授課題組深入思考光誘導(dǎo)電子遷移重排與材料多功能耦合之間的關(guān)系，提出利用電子遷移與重排引起的自旋、電荷、鍵長(zhǎng)以及吸收光譜的變化控制磁性(Jiang Wen-Jing and Liu Tao, et al.Chem. Sci. 2018, 9, 617；Jiao Cheng-Qi and Liu Tao, et al. National Science Review 2018, DOI∶ 10.1093/nsr/nwy033)、電性(Hu Ji-Xiang and Liu Tao, et al. Angew. Chem. Int. Ed. 2017, 56, 7663)、熱膨脹(Hu Ji-Xiang and Liu Tao, et al.Angew. Chem. Int. Ed. 2017, 56, 13052)和光學(xué)性質(zhì)(Wang Jun-Li and Liu Tao, et al. Chem. Sci. 2018, 9, 2892)等。目前已成功利用激光實(shí)現(xiàn)了對(duì)磁偶極矢量、電偶極矢量、膨脹行為、和熒光發(fā)射行為的可逆操縱，為進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)光調(diào)控分子穩(wěn)態(tài)材料多功能化和器件化提供了基礎(chǔ)。磁性雙穩(wěn)態(tài)材料對(duì)于計(jì)算機(jī)二進(jìn)制中的0和1，是目前信息存儲(chǔ)的主要載體。利用外界刺激實(shí)現(xiàn)磁性雙穩(wěn)態(tài)的切換，是實(shí)現(xiàn)信息讀寫的關(guān)鍵。

近日，精細(xì)化工國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室劉濤教授課題組的青年教師孟銀杉考慮匹配稀土元素的電子結(jié)構(gòu)特性，設(shè)計(jì)構(gòu)筑了一例稀土磁性雙穩(wěn)態(tài)分子(Angew. Chem. Int. Ed. 2018, 57, 4673)。其可以在分子尺度保持磁化狀態(tài)，并能利用外界磁場(chǎng)控制磁偶極取向，實(shí)現(xiàn)磁性雙穩(wěn)態(tài)間的切換。同時(shí)，利用帶正電荷的FeII自旋轉(zhuǎn)變基元與帶負(fù)電荷的建筑單元連接構(gòu)筑一維鏈，通過激光誘導(dǎo)自旋電子重排與電荷重新分布調(diào)控材料的電子結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了磁性和介電功能對(duì)外界刺激的協(xié)同響應(yīng)(Angew. Chem. Int. Ed., 2018, 57, DOI∶10.1002/anie.201802774)，為利用電性測(cè)量跟蹤磁性狀態(tài)提供了方法。劉濤教授課題組鄭慧博士和青年教師孟銀杉為本文共同第一作者。

基于課題組近年來的研究成果，劉濤教授受國(guó)際知名化學(xué)期刊Angewandte Chemie International Edition邀請(qǐng)撰寫minireview(Meng Yin-Shan and Liu Tao, et al. Angew. Chem. Int.Ed. 2018, 57, DOI∶10.1002/anie.201804557)， 闡釋利用光調(diào)控分子材料電子結(jié)構(gòu)以及多功能耦合方面的思考與進(jìn)展，青年教師孟銀杉為本文第一作者。

(大連理工大學(xué))