荧光材料加速超快光脉冲

【概要】被称为分子聚集体的二维材料是非常高效的发光体，其工作原理与典型的有机发光二极管（OLED）或量子点不同，然而它们作为新型光电子器件的组件，其潜力受到响应时间相对较慢的限制。现在，麻省理工学院，加州大学Berkeley分校和东北大学的研究人员已经找到了一种方法来克服此项限制，并且极有可能拓宽材料的应用领域。

【图注】在该图像中，光照射沉积在金属基底上的分子晶格上。分子可以快速地与下面的金属交换能量，这种机制可缩短晶格发射荧光的响应时间。

麻省理工学院机械工程副教授Nicholas X. Fang和他的团队发现，缩短这些2-D分子聚集体（2DMA）响应时间的关键是将这种材料与薄层的金属，如银，相结合。2DMA和仅几纳米远的金属之间的相互作用将材料的光脉冲速度提高了十倍以上。

这些2DMA材料表现出许多不寻常的特性，并且可在室温下产生Bose-Einstein凝结物的异质物，而其它方法则需要极端冷却。它们也被应用于诸如太阳能电池和光收集有机天线的技术中。但是，这项新工作首次阐明了这种材料的发光方式，其在非常接近的金属片之间可能产生的强烈反应。

为了使这些材料在诸如半导体芯片之类的设备（例如光电芯片）中得到应用，研究者使用光来实现它们的操作-“这项研究的挑战是需要对他们进行快速切换”，这种操作史无前例，方副教授解释道。在金属基板附近，发光的响应时间从60皮秒（兆亿次）下降到了仅仅2皮秒，方副教授说：“这是非常令人吃惊的，因为我们所观察的材料，尺寸甚至达到5到10距离的表面纳米，在聚合物间具有间隔层，给这种成对材料的大量合成提供了反应场所，我们认为这项技术可应用于精密卷绕对位印刷。”

方副教授说，如果用于信号处理，比如通过光线发送数据而不是无线电波，这种技术进步可能导致大约40吉赫兹的数据传输速率，这比目前所提供的设备约快8倍。但他提醒道，“尽管这是非常有应用前景的一步，但现在就将其转化为实用的可制造设备还太早。”研究团队只研究了多种分子聚集体的其中之一，可能还有其他机会找到更好的变化。“这实际上是一个非常丰富的发光材料系列，”方副教授说。

由于材料的响应性极易受到临近金属基板的精确接近度的影响，所以这种系统也可用于非常精确的测量工具。“相互作用随着距离的减小而减小，所以现在可以用它来测量材料表面的接近度。”方副教授说。我们团队会继续研究这些材料，下一步将研究其对金属表面图案可能产生的影响，因为此项测试迄今为止仅使用于平面。要解决的其他问题包括确定这些材料的有效使用寿命以及如何扩展这些材料的应用领域。

该团队还包括麻省理工学院的Soon Hoon Nam；加州大学Berkeley分校的朱晓晓，刘小泽，张祥，和东北大学刘永民。这项工作得到了国家科学基金会，马斯达尔科学技术研究所和阿卜杜拉国王科技大学的支持。

文献链接：A new approach to ultrafast light pulses | MIT News
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