RIKEN yn Gwneud Cynnydd Newydd mewn Ystod Tymheredd Tra-Eang (-180~240 gradd ) Laser Grisial Hylif Cam Glas

Mae gan laserau crisialau hylif cyfnod glas (BPLCs), gyda'u trothwy laser isel, ymateb aml-ysgogiad, allyriadau aml-gyfeiriad ac ad-drefnu amser real, ragolygon cymhwyso gwych mewn synhwyro, arddangos a gwrth-ffugio. Ar hyn o bryd, mae'r ymchwil ar laserau grisial hylif cyfnod glas yn cynnwys tunadwyedd y donfedd laser o dan ysgogiadau allanol (ee, golau, trydan, gwres, grym, ac ati), ac mae ffenestr tymheredd cul y BPLCs eu hunain wedi arwain at ddiddordeb cynyddol yn yr astudiaeth o laserau parth tymheredd-eang BPLCs. Mae mabwysiadu systemau sefydlogi polymer wedi llwyddo i ehangu ystod tymheredd BPLCs i 500 gradd, sydd hefyd yn arwain at ehangu cyfatebol ystod tymheredd laserau BPLCs. Fodd bynnag, o'i gymharu â laserau organig eraill, mae crisialu moleciwlau bach y cyfnod symudol ar hap mewn BPLCs ar dymheredd isel a'r cydnawsedd gwael rhwng y llifyn a'r system yn ei gwneud hi'n heriol allyrru laserau o dan 0 gradd mewn BPLCs. At hynny, mae mecanwaith gweithio laserau BPLCs ar dymheredd isel yn dal yn aneglur. Mae hyn yn cyfyngu'n ddifrifol ar gymwysiadau posibl laserau BPLCs mewn amgylcheddau tymheredd isel eraill fel pegynol, cefnfor dwfn, a gofod. Felly, mae dyluniad systemau BPLCs addas i fodloni cydnawsedd system dda a gwrthrewydd tymheredd isel yn bwysig ar gyfer datblygu laserau BPLCs tymheredd isel.
Er mwyn datrys y problemau uchod, fe wnaeth tîm yr academydd Jiang Lei a'r ymchwilydd Wang Jingxia o'r Ganolfan Bionanomaterials a Gwyddoniaeth Rhyngwyneb y Sefydliad Ffiseg a Chemeg, Academi Gwyddorau Tsieineaidd, baratoi crisialau hylif cyfnod glas wedi'u sefydlogi â pholymerau gyda a amrediad eang o dymereddau (-190 gradd ~360 gradd ) yn eu gwaith blaenorol (Nat. Commun. 2021, 12 (1), 3477.); trwy addasu canolfannau bwlch bandiau a phatrymau llifyn y crisialau hylif cyfnod glas, rydym wedi gallu cyflawni'r un canlyniadau. Trwy addasu'r ganolfan bandgap crisial hylifol cyfnod glas a baratowyd, paramedr archebu llifyn, ansawdd ceudod cyseiniant ac egni pwmp, cyflawnwyd laseriad allyriadau arwyneb modd un i bedwar dan reolaeth yn y ceudodau cyseiniant o grisialau hylif cyfnod glas dop lliw. (C6-BPLCs) (Adv. Mater. 2022, 34 (9), 2108330.); mae'r crisialau hylif cyfnod glas parod yn cael eu defnyddio fel templedi ar gyfer paratoi crisialau hylif cyfnod glas aml-liw hynod ddatrysedig. Gan ddefnyddio'r crisialau hylif glas parod fel templedi, paratowyd crisialau hylif glas aml-liw cydraniad uchel (Adv. Funct. Mater. 2022, 32 (15), 2110985.); a thrwy reoleiddio cynnwys polymer y crisialau hylif glas, cafwyd system sgaffaldiau polymer y crisialau hylif glas, ac estynnwyd ystod tymheredd y BPLCs i 25 ~ 230 gradd (Adv. Mater. 2022, 34 (47), 2206580.). Mater. 2022, 34 (47), 2206580.
Yn ddiweddar, mae'r tîm ymchwil wedi llwyddo i wireddu ystod tymheredd laser eang ({{{0}} gradd) yn is na 0 gradd trwy ddewis a dylunio system rhesymegol, gan leihau crisialu moleciwlau crisial hylif bach ar hap yn isel. tymheredd trwy holl-polymerization, a dewis cadwyn-hyblyg monomerau crisial hylifol (RM105) a moleciwlau llifyn (DCMs) i wella cydnawsedd y system. Dangoswyd bod y BPLCs holl-polymer yn arddangos llinell laser cul (0.0881 nm) a throthwy laser isel (37 nJ / pwls) oherwydd cydnawsedd system dda; yn y cyfamser, cynyddodd y system holl-polymeraidd sefydlogrwydd ffoto-thermol y samplau, gan gynnwys signalau adlewyrchiad/fflworoleuedd digonol, cnwd cwantwm addas ac oes fflworoleuedd, adlewyrchiad cyfatebol a sbectra fflworoleuedd, gwneuthuriad BPLCs sefydlog a thymheredd dadelfennu uchel, a alluogodd y samplau i allyrru golau laser mewn -180-240 gradd . Yn ogystal, mae rheolau amrywiad y donfedd laser a throthwy BPLCs ar dymheredd isel (<0 ℃) are revealed for the first time, i.e., red-shifted laser wavelength and increasing laser threshold with decreasing temperature, resulting in a red-shifted laser wavelength and a "U"-shaped laser threshold in -180~240 ℃. These unique laser behaviors are related to the temperature-dependent anisotropic deformation of the BP lattice (-180-0 ℃: BPI lattice contracted along the (110) direction; 0-26.7 ℃: almost unchanged BPI lattice; 26.7-240 ℃: BPI lattice accelerated to expand along the (110) direction). This work not only opens the door to low-temperature BPLCs, but also provides important insights into the design of novel organic optical devices.
Mae'r canlyniadau'n cael eu cyflwyno fel Laserau Tymheredd Uwch-eang sy'n rhychwantu o -180 gradd i 240 gradd yn seiliedig ar Uwchstrwythurau Cyfnod Glas Polymerized Llawn, a gyhoeddwyd yn Advanced Materials.
Awdur cyfatebol yr erthygl yw Dr Jingxia Wang o'r Sefydliad Ffiseg a Chemeg, Academi Gwyddorau Tsieineaidd. Yujie Chen, myfyriwr PhD yn IUPAC, CAS, oedd yr awdur cyntaf. Bu Mr Jing Li a Mr Feng Jin o IUPAC yn helpu i nodweddu laser y crisialau hylif cyfnod glas, helpodd yr Athro Lei Shi o'r Adran Ffiseg, Prifysgol Fudan nodweddu bwlch band ffotonig y crisialau hylif cyfnod glas, a darparodd yr Academydd Lei Jiang o Sefydliad Ffiseg a Chemeg, Academi Gwyddorau Tsieineaidd, arweiniad a chymorth proffesiynol ar gyfer yr astudiaeth hon.
Cefnogwyd yr ymchwil hwn gan Sefydliad Cenedlaethol Gwyddoniaeth Naturiol Tsieina a Rhaglen Ymchwil yr Iseldiroedd Academi Gwyddorau Tsieineaidd.

Ffigur 1. Strwythur cemegol a nodweddu BPLCs wedi'u polymeru'n llawn. a) Fformiwlâu adeileddol cemegol o'r sylweddau a ddefnyddir yn y samplau wedi'u polymeru'n llawn o liwiau doped; b) Diagram sgematig o newidiadau microstrwythurol y samplau yn y parth tymheredd laser -180 - 240 gradd; c) lleiniau TEM; d) lleiniau Kossel; Tymheredd newidiol e) Sbectra adlewyrchiad ac f) sbectra fflworoleuedd y samplau -180 - 240 gradd ; g) tonfedd laser yn erbyn tymheredd; h) cymharu'r gwaith presennol ag ystod tymheredd gweithredu laserau crisial hylifol cyfnod glas yn y llenyddiaeth.

Ffigur 2. Cymharu perfformiad y system holl-polymer hon â systemau eraill a phrawf cydnawsedd llifyn. a) Cymharu ystod tymheredd y laser; b) Cymharu'r trothwy laser ar dymheredd ystafell; c) Prawf hydoddedd llifyn o dan POM c1) 90.0 mg RM105 + 4.5 mg DCM; c2) 90.0 mg C6M + 4.5 mg C6, ar 120 gradd . Mae hyn yn dangos bod gan DCM well cydnawsedd â RM105. df) Cyfrifiadau damcaniaethol o ddwysedd egni cydlynol (CED), system arbrofol: RM105 + RM257 + DCM; system reoli: C6M + C6. Mae gan y system arbrofol CED a pharamedr hydoddedd (δ) mwy na'r system reoli, sy'n awgrymu bod gan y system holl-polymer well cydnawsedd na C6M + C6. g) D) Cyfrifiadau damcaniaethol o DCM, RM105 + 4.5 mg DCM; c2) 90.0 mg C6M + 4.5 mg C6 ar 120 gradd . (g) plot DSC, dim ond un tymheredd pontio gwydr sydd (Tg=26.7 gradd ) ar gyfer y sampl holl-polymer, tra bod nid yn unig Tg (-42.94 gradd), ond hefyd uchafbwynt crisialu (Tc=-24.95 gradd) ac uchafbwynt pontio cyfnod y gydran unpolymerized (TBP=77.35 gradd) ar gyfer y sampl gyda gradd polymerization o 25 wt%. (TBP= 77.35 gradd ).
Ffigur 3. Priodweddau laser y samplau holl-polymer. ab) Sbectra allyriadau, -180-240 gradd ; cd) FWHM y laser ar dymheredd ystafell; e) Trothwy laser ar dymheredd ystafell; f) Trothwy yn erbyn tymheredd mewn siâp "U".

Ffigur 4. Dadansoddiad eiddo ffotothermol o samplau holl-polymer. a) Dadansoddiad thermografimetrig; bd) XRD tymheredd amrywiol yn y fan a'r lle; e) Lleoliadau cymharol brigau adlewyrchiad a brigau fflworoleuedd ar wahanol dymereddau; f) Tonfedd canolfan fyfyrio/dwysedd myfyrio yn erbyn tymheredd; Tymereddau amrywiol g) Cynnyrch Cwantwm a h) hyd oes fflworoleuedd; i) Plotiau POM tymheredd amrywiol yn y fan a'r lle; j) Tymheredd amrywiol yn y fan a'r lle wedi'i ddatrys yn onglog (modd adlewyrchiad).

Ffigur 5. Amrywiad Kossel in-situ yn ystod newid tymheredd samplau holl-polymer. a) lleiniau Kossel; b) Lleiniau Kossel / dellt BP yn erbyn tymheredd; c) Radiws cylchol canolfan Kossel (R) a thonfedd canolfan adlewyrchiad (λ) yn erbyn tymheredd (T).

Ffigur 6. Newidiadau microstrwythurol a phriodweddau laser eraill o samplau holl-polymer yn ystod newid tymheredd. a) Newidiadau dellt BP ar wahanol dymereddau. a1) dellt BPI wedi'i gontractio ar hyd (110); a2) dellt BPI bron yn ddigyfnewid; a3) cyflym ehangu crisialau BPI ar hyd (110); b) allyriadau laser i dri chyfeiriad orthogonal o x, y, a z, ynni pwmp: 0.205 μJ/pwls; c) prawf polareiddio'r laser, L/RCP: golau wedi'i bolaru'n gylchol chwith/dde, egni pwmp: 0.205 μJ/pwls. ynni pwmp: 0.205 μJ/pwls.