方法創新：智能響應微納雷射器使信息存儲更安全、更有效

2020-09-05 有材有料有材料

智能響應型光學材料在外界刺激下會產生不同的光學輸出信號，相比於靜態的光學材料具有額外的安全屬性，從而不易於被仿製與竊取，在構築信息存儲與加解密等光子學功能器件領域具有重要的理論研究意義及廣闊的應用價值。目前智能響應型發光材料的構築仍存在著一定不足與局限。首先目前的信息存儲一般基於發光材料的螢光或磷光光譜信號，其具有較大的半峰寬，不利於對光學信號進行可分辨識別；其次目前的研究主要集中於對宏觀大尺寸發光存儲器件的探索，從而阻礙了信息存儲器件的集成以及存儲密度的進一步提高。

最近，中科院化學研究所研究團隊（高振華博士、王康博士、閆永麗研究員、姚建年院士以及趙永生研究員）在《國家科學評論》(National Science Review，NSR)發表研究論文，提出了利用多態響應的微納雷射信號構築新型智能響應材料。研究人員構築了高品質的有機微納複合諧振腔，利用光控手段調控給體分子受激輻射速率與給受體分子共振能量轉移速率之間的競爭過程，進而實現了多態微納雷射信號，並展示了在信息安全領域中的應用潛力。

研究人員首先設計選擇合成一系列具有共振能量轉移過程的給受體雷射分子體系，通過微乳液自組裝的方法構建摻雜有雷射增益分子的高品質WGM微球複合諧振腔。進一步通過時間分辨瞬態螢光光譜、高性能條紋相機系統等技術探究微納諧振腔體系中給體分子輻射速率（Kr）與能量轉移速率（KET）之間的競爭機制（圖一）。研究表明，隨著激發功率的增加，當Kr＜KET時，微納諧振腔發射受體分子的螢光信號或雷射信號；當Kr ≈ KET時，發射受體分子與給體分子的雙重雷射信號；當Kr＞KET時，發射給體分子的雷射信號。研究人員進一步分析了不同激發功率下有機諧振腔內部不同激子間的漲落關係，最終通過調控不同激子之間的相互競爭過程，分別實現受體分子螢光信號、受體分子雷射信號、給體分子雷射信號以及雙色雷射信號的動態快速切換。

圖一：智能響應微納雷射器不同給/受體激子之間的競爭過程及多態微納雷射信號

有機微納雷射在光控制下可以輸出不同的雷射信號，對不同屬性的雷射信號進行解析以及光子學編碼，從而可以構建多個編碼態，為信息容量及信息安全強度的提高提供了非常優異的體系。研究人員採用自上而下的精密微加工技術，將含有不同信息單元的微納雷射器進行陣列化。構築的智能響應的微納雷射陣列只有在特定功率激發光下才可以獲取真實有效信息（圖二），從而實現雷射信號的數位化讀取與加解密功能應用，為後續有機納米光子學的研究與器件設計提供思路及理論依據。

圖二：智能響應微納雷射器陣列信息加解密應用示意圖

該信息源自：美國科學促進會AAAS

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