◆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)通常利用光導纖維在設(shè)備內(nèi)部或者設(shè)備之間傳遞信號。這些設(shè)備中的集成光路將多種功能結(jié)合進單個電路中。不過，信號傳遞需要長的光導纖維，從而使設(shè)備很難小型化。為解決這一問題，科學家開始測試平面型波導，而非長的光導纖維。

在美國物理學會（AIP）出版集團所屬《應用物理學雜志》上，英國利茲大學科研人員報告了針對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。摻雜了鉺的波導放大器本身已經(jīng)受到關(guān)注，因為鉺的電子躍遷發(fā)生在通信技術(shù)的標準波長1.5微米上。

平面型波導引導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。研究人員將高強度激光器瞄準摻雜了鉺的玻璃表面。這會炸出一個微小的坑，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)生的測量結(jié)果聚焦這種玻璃的消融閾值。這個量描述了利用強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，對于控制諸如有孔性、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。

(中國科學報)

◆激光調(diào)控金屬間電子轉(zhuǎn)移及配合物功能取得系列進展

光應答分子材料可以在不同波長的光照射下在兩個或多個狀態(tài)之間可逆切換，導致材料顏色、形狀、磁性、導電性等物理化學性質(zhì)變化，從而在分子開關(guān)、傳感及高密度存儲器件等領(lǐng)域具有廣闊的應用前景，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，目前光響應材料特別是有機分子材料往往涉及分子結(jié)構(gòu)層次上的化學鍵改變或基團轉(zhuǎn)動，受限于空間位阻，通常只能在溶液中進行高效的轉(zhuǎn)換，如何在固態(tài)實現(xiàn)各種功能的快速可逆控制是發(fā)展固態(tài)光響應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)進行高效可逆的轉(zhuǎn)變，為實現(xiàn)固態(tài)分子開關(guān)材料多功能調(diào)控提供了途徑。

精細化工國家重點實驗室劉濤教授課題組深入思考光誘導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現(xiàn)了對磁偶極矢量、電偶極矢量、膨脹行為、和熒光發(fā)射行為的可逆操縱，為進一步實現(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)材料對于計算機二進制中的0和1，是目前信息存儲的主要載體。利用外界刺激實現(xiàn)磁性雙穩(wěn)態(tài)的切換，是實現(xiàn)信息讀寫的關(guān)鍵。

近日，精細化工國家重點實驗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)，并能利用外界磁場控制磁偶極取向，實現(xiàn)磁性雙穩(wěn)態(tài)間的切換。同時，利用帶正電荷的FeII自旋轉(zhuǎn)變基元與帶負電荷的建筑單元連接構(gòu)筑一維鏈，通過激光誘導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)，實現(xiàn)了磁性和介電功能對外界刺激的協(xié)同響應(Angew. Chem. Int. Ed., 2018, 57, DOI∶10.1002/anie.201802774)，為利用電性測量跟蹤磁性狀態(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，劉濤教授受國際知名化學期刊Angewandte Chemie International Edition邀請撰寫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展，青年教師孟銀杉為本文第一作者。

(大連理工大學)