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    本课题组的研究方向是有机纳米光子学材料与器件,旨在利用光学的手段和思想来研究化学学科中的相关科学问题。一方面从材料基元的设计、合成及微纳结构的组装出发,夯实材料可控合成与加工的基础。另一方面,以新型现代物理化学手段和表征技术的创新为依托,深入理解光功能材料中的关键物理化学过程,特别是激子动力学过程和界面电子转移过程。以光子学功能为导向,结合自下而上的自组装技术和自上而下的柔性加工与打印技术,发展基于有机微纳晶体材料的微纳光学器件集成技术。

    通过研究体系的激子动力学等物理化学过程对材料光子学功能的影响和调控机制,为解决电子作为载体在信息处理等方面面临的瓶颈问题提供新思路。重点关注具有特定光子学功能的有机-无机低维复合材料与器件的可控制备新方法,材料与器件体系中的激子物理化学过程等基础科学问题,以及基于新的科学问题在功能元件和器件单元中对光子信号进行操控和处理。

    探索了一系列掺杂、异质结等有机和有机-无机低维复合结构和复杂体系的协同自组装合成方法学,首次提出并实现了有机"打印光子学"功能器件和集成回路,成功地借鉴并运用了柔性打印电路的技术经验,向有机纳米光子学实用化集成迈出了关键一步;揭示了有机材料中的Frenkel激子可以与光子耦合形成激子极化激元(EP),利用这种兼具激子和光子属性的半光半物质的准粒子,通过操纵激子的行为来操纵光子,实现了对光子信号的调制,进一步构筑了具有特定光子学功能的复杂材料体系;提出基于不同有机材料之间的EP转换进行光子信号传输与处理;研究了有机-贵金属低维复合材料界面上发生的EP与表面等离极化激元(SPP)的耦合与相互转化,首次展示了这一过程带来的新的量子效应可以用来解决表面等离子的传输损耗问题和光子传播的衍射极限问题。

    基于对上述科学问题的认识,构建了若干光波导、激光器、光子路由器、波分复用系统、光电转换器、逻辑处理单元、传感与探测器等纳米光子学功能元器件,发展了柔性加工手段,实现了部分元件的高效集成。与基础研究相结合,发展了以"倒置正置一体化精确控制选区显微技术"为核心的纳米光子学测试新方法,相关技术获得国际质量管理体系认证,并荣获中国分析测试协会科学技术奖一等奖,目前正依托国家重大科学仪器设备开发专项进行推广与相关技术转化工作,已经在国内4家研究机构和2家公司建立了应用示范点。

    具体研究进展包括:

(一)低维有机材料的控制合成及柔性加工方法;

(二)有机纳米光子学中的激发态过程研究;

(三)基于低维有机复合体系的光子学元件;

(四)纳米光子学测试新技术研究。