RIKEN ultra keng harorat oralig'ida (-180~240 daraja) ko'k fazali suyuq kristall lazerda yangi yutuqlarga erishdi

Moviy fazali suyuq kristall (BPLC) lazerlari past lazer chegarasi, ko'p stimulyatorli javobi, ko'p yo'nalishli emissiyasi va real vaqt rejimida qayta sozlanishi, sezish, ko'rsatish va qalbakilashtirishga qarshi keng qo'llash istiqbollariga ega. Hozirgi vaqtda ko'k fazali suyuq kristall lazerlar bo'yicha tadqiqotlar lazer to'lqin uzunligini tashqi ogohlantirishlar (masalan, yorug'lik, elektr, issiqlik, kuch va boshqalar) ostida sozlashni o'z ichiga oladi va BPLC ning tor harorat oynasi o'zlarining qiziqishini kuchaytirdi. keng haroratli domenli BPLC lazerlarini o'rganishda. Polimer stabilizatsiya tizimlarining qabul qilinishi BPLC harorat diapazonini 500 darajaga qadar muvaffaqiyatli kengaytirdi, bu esa BPLC lazerlarining harorat diapazonining mos ravishda kengayishiga olib keladi. Biroq, boshqa organik lazerlar bilan solishtirganda, past haroratlarda BPLC-larda mobil fazaning kichik molekulalarining tasodifiy kristallanishi va bo'yoq va tizim o'rtasidagi mos kelmasligi BPLC-larda 0 darajadan past lazerlarni chiqarishni qiyinlashtiradi. Bundan tashqari, past haroratlarda BPLC lazerlarining ishlash mexanizmi hali ham noaniq. Bu qutb, chuqur okean va kosmos kabi boshqa past haroratli muhitlarda BPLC lazerlarining potentsial qo'llanilishini keskin cheklaydi. Shuning uchun, yaxshi tizim muvofiqligi va past haroratli antifrizni qondirish uchun mos BPLC tizimlarini loyihalash past haroratli BPLC lazerlarini ishlab chiqish uchun muhimdir.
Yuqoridagi muammolarni hal qilish uchun akademik Jiang Ley va Xitoy Fanlar akademiyasi Fizika va kimyo institutining Bionanomateriallar va interfeys fanlari markazidan tadqiqotchi Van Jingxia jamoasi polimer-stabillashtirilgan ko‘k fazali suyuq kristalllarni tayyorladilar. oldingi ishlarida keng harorat oralig'i (-190 daraja ~360 daraja ) (Nat. Commun. 2021, 12 (1), 3477.); ko'k fazali suyuq kristallarning tarmoqli oralig'i markazlari va bo'yoq naqshlarini sozlash orqali biz bir xil natijalarga erisha oldik. Tayyorlangan ko'k fazali suyuq kristalli tarmoqli oralig'i markazini, bo'yoq buyurtma parametrini, rezonans bo'shlig'ining sifatini va nasos energiyasini sozlash orqali bo'yoq qo'shilgan ko'k fazali suyuq kristallarning rezonans bo'shliqlarida boshqariladigan birdan to'rt rejimli sirt emissiyasiga erishildi. (C6-BPLCs) (Maslahat. Mater. 2022, 34 (9), 2108330.); tayyorlangan ko'k fazali suyuq kristallar yuqori darajada erigan ko'p rangli ko'k fazali suyuq kristallarni tayyorlash uchun shablon sifatida ishlatiladi. Tayyorlangan ko'k suyuq kristallardan shablon sifatida foydalanib, yuqori aniqlikdagi ko'p rangli ko'k suyuq kristallar tayyorlandi (Adv. Funct. Mater. 2022, 32 (15), 2110985.); va ko'k suyuq kristallarning polimer tarkibini tartibga solish orqali ko'k suyuq kristallarning polimer iskala tizimi olindi va BPLC ning harorat diapazoni 25 ~ 230 darajagacha kengaytirildi (Adv. Mater. 2022, 34 (47), 2206580.). Mater. 2022, 34 (47), 2206580.
Yaqinda tadqiqot guruhi ratsional tizim tanlash va loyihalash orqali {0} darajadan pastroq lazer haroratining keng diapazonini ({0}} daraja) muvaffaqiyatli amalga oshirdi, bu esa past haroratlarda kichik suyuq kristall molekulalarining tasodifiy kristallanishini kamaytiradi. haroratni butunlay polimerizatsiya qilish va tizimning mosligini yaxshilash uchun zanjirga moslashuvchan suyuq kristalli monomerlar (RM105) va bo'yoq molekulalarini (DCM) tanlash. Barcha polimer BPLClar yaxshi tizim muvofiqligi tufayli tor lazer chizig'ining kengligi (0,0881 nm) va past lazer chegarasi (37 nJ / puls) ko'rsatganligi ko'rsatildi; Shu bilan birga, to'liq polimerizatsiya qilingan tizim namunalarning foto-termik barqarorligini oshirdi, shu jumladan etarli aks ettirish / floresan signallari, mos kvant rentabelligi va flüoresansning ishlash muddati, mos keladigan aks ettirish va floresans spektrlari, barqaror BPLC ishlab chiqarish va yuqori parchalanish harorati, bu namunalarni lazer nurini -180-240 darajada chiqaradi. Bundan tashqari, past haroratda lazer to'lqin uzunligi va BPLC chegarasining o'zgarishi qoidalari (<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.
Natijalar Advanced Materials jurnalida chop etilgan Toʻliq polimerlashtirilgan koʻk fazali ustki tuzilmalar asosida -180 darajadan 240 darajagacha boʻlgan oʻta keng haroratli lazerlar sifatida taqdim etilgan.
Maqolaning tegishli muallifi - Xitoy Fanlar akademiyasi Fizika va kimyo instituti doktori Jingxia Vang. Yujie Chen, IUPAC, CAS doktoranti birinchi muallif edi. IUPAC dan janob Jing Li va janob Feng Jin ko‘k fazali suyuq kristallarning lazer tavsifiga, Fudan universitetining Fizika bo‘limidan professor Ley Shi ko‘k fazali suyuq kristallarning fotonik tarmoqli oralig‘ini tavsiflashga yordam berdi. va Xitoy Fanlar akademiyasi Fizika va kimyo institutidan akademik Lei Jiang ushbu tadqiqot uchun professional rahbarlik va yordam berdi.
Ushbu tadqiqot Xitoyning Milliy tabiiy fanlar jamg'armasi va Xitoy Fanlar akademiyasining Niderlandiya tadqiqot dasturi tomonidan qo'llab-quvvatlandi.

Shakl 1. To'liq polimerlangan BPLC larning kimyoviy tuzilishi va tavsifi. a) Doplangan bo'yoqlarning to'liq polimerlangan namunalarida ishlatiladigan moddalarning kimyoviy tuzilish formulalari; b) -180 - 240 gradus lazer temperatura domenidagi namunalarning mikrostruktura o'zgarishlarining sxematik diagrammasi; c) TEM uchastkalari; d) Kossel uchastkalari; O'zgaruvchan harorat e) Reflektsiya spektrlari va f) -180 - 240 darajali namunalarning lyuminestsent spektrlari; g) haroratga nisbatan lazer to'lqin uzunligi; h) hozirgi ishni adabiyotda ko'k fazali suyuq kristall lazerlarning ish harorati oralig'i bilan taqqoslash.

Shakl 2. Ushbu to'liq polimerli tizimning ishlashini boshqa tizimlar bilan taqqoslash va bo'yoqning muvofiqligi testi. a) lazer harorat diapazonini solishtirish; b) Xona haroratida lazer chegarasini solishtirish; c) POM ostida bo'yoqning eruvchanligi testi c1) 90.0 mg RM105 + 4,5 mg DCM; c2) 90,0 mg C6M + 4,5 mg C6, 120 daraja. Bu DCM RM105 bilan yaxshiroq mosligini ko'rsatadi. df) Kogeziv energiya zichligining nazariy hisoblari (CED), eksperimental tizim: RM105 + RM257 + DCM; boshqaruv tizimi: C6M + C6. Eksperimental tizim boshqaruv tizimiga qaraganda kattaroq CED va eruvchanlik parametriga (d) ega, bu esa butun polimer tizimining C6M + C6 ga qaraganda yaxshiroq mosligini ko'rsatadi. g) D) DCM, RM105 + 4,5 mg DKM ning nazariy hisoblari; c2) 90,0 mg C6M + 4, 5 mg C6 120 daraja. (g) DSC grafigi, to'liq polimer namunasi uchun faqat bitta shisha o'tish harorati (Tg=26.7 daraja ) mavjud, faqat Tg (-42.94 daraja ) emas, balki mavjud. shuningdek, polimerlanish darajasi 25 wt% bo'lgan namuna uchun kristallanish cho'qqisi (Tc=-24.95 daraja ) va polimerlashtirilmagan komponentning fazaga o'tish cho'qqisi (TBP=77,35 daraja). (TBP= 77,35 daraja).
Shakl 3. To'liq polimer namunalarining lazer xususiyatlari. ab) Emissiya spektrlari, -180-240 daraja; cd) xona haroratida lazerning FWHM; e) Xona haroratida lazer chegarasi; f) “U” shaklidagi haroratga nisbatan pol.

Shakl 4. Barcha polimer namunalarining fototermik xossalarini tahlil qilish. a) Termogravimetrik tahlil; bd) in situ o'zgaruvchan harorat XRD; e) turli haroratlarda aks ettirish cho'qqilari va floresans cho'qqilarining nisbiy pozitsiyalari; f) Ko'zgu markazining to'lqin uzunligi/aks ettirish intensivligi haroratga nisbatan; O'zgaruvchan haroratlar g) Kvant rentabelligi va h) Flüoresansning ishlash muddati; i) In situ o'zgaruvchan harorat POM uchastkalari; j) In situ o'zgaruvchan harorat burchakli echilgan spektrlar (aks ettirish rejimi).

Shakl 5. Barcha polimer namunalarining harorat o'zgarishi paytida in-situ Kossel o'zgarishi. a) Kossel uchastkalari; b) Kossel uchastkalari / BP panjarasining haroratga nisbatan; c) Kossel markazining aylana radiusi (R) va aks ettirish markazining to'lqin uzunligi (l) haroratga (T) nisbatan.

Shakl 6. Haroratning o'zgarishi paytida barcha polimer namunalarining mikrostrukturaviy o'zgarishlari va boshqa lazer xususiyatlari. a) Turli haroratlarda BP panjarasining o'zgarishi. a1) (110) bo'ylab qisqargan BPI panjarasi; a2) deyarli o'zgarmagan BPI panjarasi; a3) (110) bo'ylab BPI kristallarining tezlashtirilgan kengayishi; b) x, y va z ning uchta ortogonal yo'nalishi bo'yicha lazer emissiyasi, nasos energiyasi: 0,205 mJ/puls; c) lazerning polarizatsiya sinovi, L/RCP: chap/o'ng dumaloq polarizatsiyalangan yorug'lik, nasos energiyasi: 0,205 mJ/puls. nasos quvvati: 0,205 mJ/puls.