研究制備出具有三重光學形態的光子晶體

近日，西安交通大學物理學院盧學剛教授、楊森教授團隊研究人員提出了一種新穎的通用性策略來制備具有三重光學形態的光子晶體（三態PCs）。該研究成果發表在《先進功能材料》上。

將光致發光（PL）尤其是長壽命室溫磷光（RTP）現象集成到周期性亞微米結構中以構建多光學形態光子晶體（PC）是目前光學功能材料及相關器件重要發展趨勢，但這種集成極具挑戰性。

該研究通過高溫煅燒內部封裝有熒光碳點（CDs）的SiO₂納米顆粒，形成具有規則形貌的單分散磷光SiO₂納米球（RTP-CDs@SiO₂）并自組裝成三態PCs。該PCs的三種光學模式在不同光源環境刺激下可以無縫切換，即在日光下具有虹彩結構色、紫外光照射時發出明亮的PL以及關閉紫外光后產生時間依賴的RTP。研究表明，高溫煅燒產生磷光的內在物理機制是由于強C-Si共價鍵網絡的形成進而穩定了激發三重態。研究進一步發現，磷光不依賴于所包裹CDs的表面缺陷類型或雜原子摻雜，因此證明所提出的制備方法具有通用性。此外，研究人員在該材料的基礎上進一步實現了熱響應三態光子凝膠。通過簡單調整凝膠的環境溫度（8^oC-43^oC），可以巧妙地將物理發光（結構顏色和透光率）與化學發光（PL和RTP）相聯立，并且這些光信號在不同光傳播模式下表現出互補償特性。最后，研究人員展示了三態光子凝膠在可回收智能窗和多維信息加密等領域的應用場景，表明該材料在未來新型光學器件設計方面的廣闊的應用前景。