近日，张伟、陈波课题组在有机共晶构筑纳米光子学器件方面的研究取得了新进展，相关学术成果发表在国际顶尖期刊Angew. Chem. Int. Ed.《德国应用化学》上：Orientation-Controlled 2D Anisotropic and Isotropic Photon Transport in Cocrystal Polymorph Microplates.
集成芯片是现代和未来信息处理技术的核心部件，如何在微纳米尺度上，实现光子/电子的二维（2D）各向异性传输，对于构建超紧凑的集成芯片至关重要。迄今为止，由晶体内部的各向异性堆积和强的电子-分子耦合相互作用产生的电子在分子晶体中的各向异性传输行为已经被大量报道和证实。然而，由于光子-分子耦合相互作用相对较弱，光子在分子晶体中通常则表现出各向同性的传播，其各向异性行为尚未得到充分证实。同时，近年来一些科学家关于“光在晶体一维方向上的传输是否具有不对称性”的争议，也一直困扰着纳米光子学研究领域。
张伟、陈波课题组提出了一种取向控制的光子-偶极相互作用策略，在两种有机共晶多晶相微结构中，分别理性地实现了各向异性和各向同性的二维光子传输。策略基于相同的给体和受体分子，利用浓度调控共结晶过程，可控制备得到了两种组成相同但分子偶极取向不同的二维共晶微结构。其中，三斜共晶在二维平面内采取几乎垂直的分子跃迁偶极矩取向，使得在各个二维方向上光子-偶极相互作用的强度近似相同，从而表现出各向同性的再吸收光传输损耗。相比之下，单斜共晶则采取了近似水平的分子跃迁偶极取向，展现出各向异性的光子-偶极作用强度和再吸收光传输损耗，其光子传输各向异性比例高达3.8。同时，在单斜共晶微片上，研究者也观察到了近年来备受争议的“疑似不对称光传输行为”，进一步地研究证实，此现象仅仅是由于观测角度的差异所致，并不是真实的不对称行为，从而初步解决了这一悬而未决的争议问题。此外，课题组基于上述各向异性的光子传输机制，进一步设计得到了可用于真实信号高保真传输的定向信号输出耦合器，为二维各向异性纳米光子学器件的设计和发展提供了新的思路和借鉴。
据悉，该课题由学校人才引进启动经费和国家自然科学基金项目支持完成，第一完成单位为湖南师范大学。通讯作者是“植化单体开发与利用”湖南省重点实验室的张伟副教授和陈波教授，以及中科院化学所赵永生研究员，第一作者为在读博士研究生刘永。
相关链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/pdf/10.1002/anie.201913441