俄罗斯圣光机大学最新研发出“化学合成”光学开关
2020-05-23 12:17:27 来源：麦姆斯咨询 评论：0 点击：
据麦姆斯咨询报道，近日，俄罗斯圣光机大学（ITMO）的科学家表示，他们已向外界展示了如何利用飞秒激光制造基于金属有机框架的全光学开关，该金属有机框架通常能够在科学仪器中合成，且可用于化学气体吸收。
ITMO的科学家表示，基于金属有机框架的开关可支持超快存储。
在ITMO任职的Valentin Milichko和Nikita Kulachenkov
据麦姆斯咨询报道，近日，俄罗斯圣光机大学（ITMO）的科学家表示，他们已向外界展示了如何利用飞秒激光制造基于金属有机框架的全光学开关，该金属有机框架通常能够在科学仪器中合成，且可用于化学气体吸收。目前该项研究已发表在期刊Angewandte Chemie（《应用化学》国际版）。
Valentin Milichko和Nikita Kulachenkov的研究小组表示，多年来科学界一直在研究金属有机框架（metal-organic framework，MOF）。“这是一类结合了晶格结构物质和有机化合物特性的功能材料。”他们在ITMO公告中指出，“晶格结构物质的特性是结构稳定，而对于有机化合物来说，大量的化学键使它们能够进行不同的化学反应，可充当催化剂或用于气体吸收。”
某种程度上，科学家们不仅把注意力扩展到了化学性质上，同时还扩展到了复杂材料的光学性质上，ITMO的科学家们说道。“如果在其结构中加入光学活性有机分子，它们会与光发生不同的相互作用。如果用激光照射，分子会重新排列，并且变得不透明和异构化。”然而，这个过程通常要经过一段相对较长的时间，从几分钟到几天不等，这限制了MOF晶体的实际应用。
在Angewandte Chemie期刊上发表的论文，其基础思想是由ITMO大学教授Valentin Milichko领导的物理与工程学院俄罗斯-法国实验室提出的。该实验室由ITMO主导，国际科学家小组成员来自俄罗斯、法国和荷兰。小组成员决定进行一场测试，确认是否有可能控制的不是特殊MOF、而是早已在化工行业中常见的MOF的光学特性。
“我们最终决定，为什么不用一组MOF来证明其在如压力、温度等外部刺激下改变其结构的特性呢？”ITMO大学的初级研究员、论文作者之一Nikita Kulachenkov解释道，“在这些金属有机框架中，有HKUST-1（均苯三甲酸铜）。虽然对它的气体吸收研究已非常充分，但没有人想到当暴露在光线时，它的特性也就是其结构，会发生重大变化。”
HKUST-1金属有机框架在光学开关领域潜力无限
光子数量减少百倍
“通过MOF的光子数量减少了约100倍。”Nikita Kulachenkov解释说道，“切换时间达到了几十毫秒。这比现有的基于MOF的有机系统提供的效果要高出两到三倍。”
科学家们对于这种变化的解释如下：红外激光产生的飞秒级冲击足以蒸发金属有机框架中的水分，导致MOF对光线的透明度降低。
但是一旦光线消失，框架便会重新吸收空气中的水分子，恢复到初始状态。“在我们的论文中，证明了随着湿度的增加，例如，将晶体放入水中，开关效应会发生地更快。”Kulachenkov说道。
他补充说道：“现在全球的物理学家、工程师和程序员对光学存储元件前景的谈论越来越多。预计在光子上运行的计算元件将更快、更有效地工作，最重要的是，能耗更低。但想要实现这一目标，我们需要解决一系列理论和工程问题，其中之一就是实现可靠、节能和低成本的光控制。”
“如今所有的数字电子产品都是建立在触发器之上。它们是在两位二进制之间切换的器件。对于未来可能取代我们电子设备的光学设备，我们也需要一种特殊的开关。”
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