基于三维金属有机超分子的多光子能量传输系统

图:(a) 三维能量传输系统; (b) 双光子荧光的光稳定测试

有机分子的多光子发光特性在很多方面都具有广泛的应用前景,如光限幅、上转换激光、生物成像等。然而,以往的研究主要利用强的激光脉冲对有机分子溶液的多光子发光特性进行研究。当有机分子被修饰成固态薄膜时,通常会导致荧光淬灭效应和差的光稳定性,这样严重阻碍了它们的实际应用。因此,降低固态材料多光子荧光的激发功率以及增强其光学稳定性对于非线性光子器件的修饰有着非常重要的意义。新加坡南洋理工大学的孙汉东教授研究组针对这一问题,利用多光子激发的能量传输性质,显著的提高了有机超分子材料的光学稳定性,同时其瞬时多光子荧光激发强度可以低至 1MW/cm2

为达成此目的,研究人员首先设计了一种基于三联吡啶的三维结构来作为多光子能量传输系统的给体。这类材料的具有良好的荧光量子产率以及双光子到五光子吸收特性。利用锌原子进行配位,将另外一种三联吡啶分子作为受体链接到给体上,形成了一种新型的三维多光子能量传输系统。这种材料具有多孔的相互交叉的结构和不溶于有机溶剂的特点。广泛的光学测试结果表明:首先,材料具有良好的多光子能量传输效率和传输速率(~6.9×108 s1);其次,能量传输导致受体的多光子发光强度增强了8倍;最后,材料具有非常优良的稳定性。在1MW/cm2光强激发下连续激发近1个小时,材料的多光子发光没有任何衰减。

该工作中提出的三维结构金属有机多光子能量传输系统,不仅在非线性光子器件方面有着广泛的应用前景,对于研究其他多光子能量传输系统的设计,如金属有机骨架,有着重要的借鉴意义。