Mikrostænger lavet af lanthanoide organiske rammer fungerer som optiske bølgeledere i mikroskala

Optisk datatransmission gør det muligt at transmittere information som lys ved hjælp af optiske bølgeledere i fiberoptiske netværk. Kinesiske forskere har nu udviklet optiske bølgeledere i mikroskala. Som rapporteret i journalen Angewandte Chemie , de har lavet mikrostænger af lanthanid metal-organiske rammer. Deres særlige krystalstruktur sikrer lav-tab lysledning og emission af polariseret lys.

Lanthanider er en gruppe metaller, hvis specielle elektroniske struktur gør dem attraktive til brug i optoelektroniske applikationer. Metal-organiske rammer (MOF'er) baseret på lanthanider (Ln-MOF'er) tilbyder en bred vifte af muligheder for målrettede variationer i strukturen. MOF'er er gitterlignende strukturer lavet af metalliske "knuder", der er brokoblet af organiske konnektorer.

Veldefineret, mikroskala Ln-MOF'er er forblevet en sjældenhed, imidlertid. Nu, tingene har ændret sig med de nye mikrostang Ln-MOF'er, som har potentiale som mikroskalabølgeledere. Ledet af Dongpeng Yan og Yong Shen Zhao ved Beijing Normal University og det kinesiske videnskabsakademi (Beijing, Kina), forskerne valgte at bruge benzenetricarboxylsyre (BTC) som deres organiske byggesten. Denne forbindelse absorberer kraftigt UV-lys og har elektroniske energiniveauer, der er godt matchet med lanthanider. I en selvorganiseringsproces under visse syntetiske forhold, BTC-molekylerne og lanthanidionerne samles til krystallinske mikrostave.

Inden i krystallen, BTC-molekylerne fungerer som bittesmå "lysantenner":de fanger lys og sender det meget effektivt videre til lanthanidionerne i en strålingsfri energioverførselsproces. Lanthanidionerne udsender derefter energien som luminescens, hvis farve varierer afhængigt af det anvendte lanthanid. Terbium MOF'er udsender grønt lys; europium MOF'er lyser rødt. Doping af terbium MOF'er med 5% europium resulterer i orange luminescens.

Set under et mikroskop, stænger jævnt bestrålet med UV-lys har meget lyse punkter i begge ender, mens de ellers kun lyser svagt. Spektret af det udsendte lys er konstant langs stavenes længde. Mikrostavene fungerer således som optiske bølgeledere med lavt tab. Det er også interessant, at lyset, der udsendes ved enderne, er cirkulært polariseret og jævnt fordelt over tværsnittet af stængerne.

Denne adfærd skyldes mikrostavenes specielle krystalstruktur, hvor lanthanidionerne snor sig i en spiralformet kæde langs en akse af krystallen. Kæderne er bundet sammen af ​​phenylgrupper i BTC, som danner uigennemtrængelige vægge for lyset. Det samlede resultat er et tredimensionelt gitter gennemtrængt af firkantede kanaler.

Med deres lave lystab og høje fotoluminescens kvanteudbytte, disse nye endimensionelle mikrostrukturer kunne tjene som en effektiv platform for udviklingen af ​​nye systemer af farvejusterbare optiske bølgeledere med polariserede emissioner.