Команда создала семейство дендримеров, которые образуют монокристаллы и могут собирать неполяризованный свет и преобразовывать его в поляризованное излучение. Кристаллы дендримера как оптически, так и механически устойчивы к оптической накачке, что делает их первым примером кристаллического материала, сочетающего свойства дендримера и характеристики лазера. Ожидается, что кристаллы будут иметь множество применений в области лазерной оптики, например, в дисплеях.
Достижения в оптических устройствах, которые мы ожидаем как потребители, должны поддерживаться разработкой новых материалов. Микрокристаллиты люминесцентных органических соединений могут выступать в качестве крошечных лазерных источников для таких устройств, например, для использования в дисплеях и других компонентах. Дендримеры имеют множество преимуществ в качестве люминесцентных материалов, однако до сих пор они не использовались в качестве микрокристаллитов из-за их хрупкости и плохой кристалличности. Теперь команда исследователей создала дендримеры, которые образуют прочные кристаллы со свойствами генерации.
Дендримеры - это полимеры, которые вырастают из ядра за счет добавления небольших молекул для образования расширенных ветвей - что объясняет их название, образованное от греческого слова дерево. Дендримеры имеют много преимуществ, которые делают их интересными люминесцентными материалами. Они хорошо растворимы, что облегчает их включение в системы; они имеют высокий квантовый выход, что означает, что вы получаете много света, который вы снова возвращаете; они хорошо ловят свет; и они имеют тенденцию демонстрировать относительно низкие потери люминесценции при конденсации в твердое вещество.
Исследователи создали семейство дендримеров, размер которых увеличивается с увеличением числа поколений, и состоящих из карбазольных звеньев, образующих ветви вокруг высокофлуоресцентного ядра. Дендримеры образовывали стабильные монокристаллы, даже когда растворитель удаляли, и могли быть проанализированы с помощью рентгеноструктурного анализа монокристаллов. Фактически, дендример третьего поколения, который имеет молекулярную массу 4600 Да, является самым большим органическим дендримером, когда-либо исследованным таким способом.
«У наших дендримеров есть две ключевые части», - объясняет автор исследования профессор Йохей Ямамото. «Ветви состоят из ароматических молекул, которые действуют как антенны для сбора света, собирая свет, составленный из волн, во многих различных плоскостях, который известен как неполяризованный свет.
Этот свет затем передается флуоресцентному ядру, структура которого приводит к генерируется поляризованный свет - свет с волнами в одной плоскости ". Когда кристаллы дендримера подвергались сильной оптической накачке - процессу, используемому для усиления сигнала в лазерных материалах, - они вызывали усиленное спонтанное излучение и генерацию с небольшим повреждением структуры материала или оптических свойств.
«Семейство дендримеров, которые мы произвели, устраняет ряд проблем, которые не позволяют использовать свойства этих материалов. Поэтому мы ожидаем, что они внесут значительный вклад в разработку органических материалов для лазерной оптики», - говорит профессор Ямамото. «Прочные свойства и лазерное излучение кристаллов будут полезны для таких компонентов, как полноцветные оптические дисплеи и микрооптические схемы».