湖南师大张伟、陈波团队Angew：利用分子偶极取向控制光的二维传输学术资讯

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光导纤维（即光纤），能够在宏观上操纵与实现光的低损耗、快速、方向性的传输，直接催生了现代信息技术革命的高速发展（比如互联网），被认为是20世纪最伟大的发明之一。然而，如何在微观尺度上，实现类似宏观光纤对光的低损耗、方向性的传输控制，成为一直以来研制集成光子芯片以取代高能耗低速率电子芯片的首要难题，也直接影响了光子计算机的诞生。集成光子芯片是光子计算机的核心部件，而在微纳尺度上精确地控制光子的传输行为，对于构建超紧凑的集成光子芯片则至关重要。近日，湖南师范大学张伟、陈波课题组提出了一种取向控制的光子-偶极相互作用策略，在两种有机共晶微结构中，分别理性地实现了对光的各向异性和各向同性的二维传输控制。
迄今为止，电子在分子晶体中的各向异性传输行为已经被大量的报道和证实，这能够被归因于晶体内部各向异性的电子-分子耦合相互作用。然而，由于光子-分子耦合相互作用相对较弱，光子在分子晶体中通常则表现出各向同性的传输，其各向异性行为尚未得到充分证实。同时，近年来一些科学家关于“光在晶体一维方向上的传输是否具有不对称性”的争议，也一直困扰着纳米光子学研究领域。

两种共晶微片的分子偶极取向与方向性光传输机理
为解决上述疑惑，研究团队基于相同的给体和受体分子，利用浓度调控共结晶策略，可控制备得到了两种组成相同但分子偶极取向不同的二维共晶微结构。其中，三斜共晶在二维平面内采取几乎垂直的分子跃迁偶极矩取向，使得在各个二维方向上光子-偶极相互作用的强度近似相同，从而表现出各向同性的再吸收光传输损耗。相比之下，单斜共晶则采取了近似水平的分子跃迁偶极取向，展现出各向异性的光子-偶极作用强度和再吸收光传输损耗，其光子传输各向异性比例高达3.8。同时，在单斜共晶微片上，研究者也观察到了近年来备受争议的“疑似不对称光传输行为”，进一步地研究证实，此现象仅仅是由于观测角度的差异所致，并不是真实的不对称行为，从而初步解决了这一悬而未决的争议问题。此外，课题组基于上述各向异性的光子传输机制，进一步设计得到了可用于真实信号高保真传输的定向信号输出耦合器，为二维各向异性纳米光子学器件的设计和发展提供了新的思路和借鉴。
这一研究成果近期发表在Angewandte Chemie International Edition 上，湖南师范大学为第一通讯单位，张伟副教授和陈波教授以及中科院化学所赵永生研究员为共同通讯作者，第一作者是湖南师范大学在读博士研究生刘永。

原文：Orientation-Controlled 2D Anisotropic and Isotropic Photon Transport in Co-crystal Polymorph MicroplatesYong Liu, Huiping Hu, Ling Xu, Bing Qiu, Jie Liang, Fang Ding, Kang Wang, Manman Chu, Wei Zhang, Ming Ma, Bo Chen, Xinzheng Yang, Yong Sheng ZhaoAngew. Chem. Int. Ed., 2020, 59, 4456-4463, DOI: 10.1002/anie.201913441

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