Кристаллы гетероструктуры могут пролить свет на оптические цепи

Возможно достичь новых уровней миниатюризации, скорости и обработки данных с помощью оптических квантовых компьютеров, которые используют свет для переноса информации. Для этого нам нужны материалы, которые могут поглощать и пропускать фотоны. Ученые представили новую стратегию создания фотонных гетероструктурных кристаллов с перестраиваемыми свойствами. Используя кристаллический стержень с полосами, которые флуоресцируют в разные цвета, они разработали прототип логических ворот.

Возможно достичь новых уровней миниатюризации, скорости и обработки данных с помощью оптических квантовых компьютеров, которые используют свет для переноса информации. Для этого нам нужны материалы, которые могут поглощать и пропускать фотоны. В журнале Angewandte Chemie китайские ученые представили новую стратегию конструирования фотонных гетероструктурных кристаллов с перестраиваемыми свойствами. Используя кристаллический стержень с полосами, которые флуоресцируют в разные цвета, они разработали прототип логических ворот.

Команда под руководством Ze Chang и Xian-He Bu достигла успеха, используя специально сконструированные металлоорганические каркасы (MOF) — решетчатые структуры из металлических «узлов», соединенных органическими лигандами. Эти структуры содержат клетчатые полости, которые могут удерживать другие молекулы в качестве «гостей». В этом случае гости и часть лигандов, интегрированных в решетку, сопоставляются так, что гости могут переносить электроны в молекулу лиганда (перенос заряда). Такие системы имеют тенденцию флуоресцировать. Цвет флуоресценции для данного MOF зависит от типа гостя.

Еще одно преимущество структур MOF состоит в том, что их кристаллизация происходит посредством роста слоев на кристаллическом ядре в одном предпочтительном направлении. Таким образом, исследователи из Нанкайского университета в Тяньцзине, Объединенного инновационного центра химической науки и техники, Тяньцзиня и Института химии Китайской академии наук, Пекин (Китай) смогли изготовить кристаллы в форме стержней. Во время кристаллизации они варьировали типы включенной гостевой молекулы. Это привело к появлению «полосатых» палочек с отдельными доменами, которые флуоресцируют по-разному.

Например, они произвели стержни, концы которых поглощают ультрафиолетовый свет и флуоресцируют сине-зеленый, в то время как центр поглощает видимый зеленый свет и излучает красный свет. Поскольку они находятся в прямом контакте, энергия может передаваться между доменами, и некоторые из сине-зеленых фотонов могут быть переданы в центральную часть, в результате чего он флуоресцирует красным. Самое главное, что эти стержни ведут себя как проводники света, а это означает, что независимо от того, какое пятно облучается, часть флуоресцентного света транспортируется через весь стержень к его концам.

На основе этого типа кристаллов исследователи разработали прототип для логической схемы с двумя «входами» и двумя «выходами»; то есть места, где свет может храниться или регистрироваться, и генерируются красные и / или сине-зеленые сигналы соответственно. Исследователи предполагают потенциальное применение их кристаллов MOF в компонентах со встроенными оптическими схемами, таких как фотонные диоды, встроенные сигнальные процессоры и оптические логические элементы.