作者 |李丹 甘曉

2014年起，中國科學院啟動戰略性先導科技專項（B類）“功能pi(π)-體系的分子工程”（以下簡稱“先導專項”）。

在先導專項支持的5年工作裡，由中國科學院院士朱道本、萬立駿擔任首席科學家，來自中國科學院化學研究所、長春應用化學研究所、上海有機化學研究所以及微電子研究所等多家單位的科研人員通力合作，産生一批原創性的具有世界領先水平的創新成果。

從12月11日起，《中國科學報》盤點該項目支持下，科學家在6個不同領域取得的成果。

領域一| 有機熱電材料：未來綠色能源新翹楚

領域二| 石墨炔：開辟碳材料新世界

領域三| 有機半導體：從新分子邁向傳感器

領域四| 有機光伏：讓“萬物互聯”夢想照進現實

領域五

有機微納激光：許“視覺革命”一個未來！

全色域、高亮度、極限高清、真3D……這是激光顯示即将掀起的一場“人類視覺史上的革命”，微納激光将扮演重要角色。

微納激光是指納米結構中的受激發射，它們産生強烈的相幹光信号，在光通信、集成光子回路（PIC）和顯示技術中展現出了廣闊的應用前景。

有機共轭分子的納米組裝結構可以實現與傳統的無機半導體材料顯著不同的激光行為，是微納激光的“未來之星”。

2008年，中科院化學所研究團隊報告了世界首例有機納米激光，展示了有機材料在光子學領域的獨特優勢。

該所研究員趙永生介紹，想要更有效地利用有機微納激光，必須首先從激發态層次理解不同有機材料中的電子從基态到激發态再發出激光再回到基态的動力學過程。

在中國科學院戰略性先導科技專項（B類）“功能pi(π)-體系的分子工程”的支持下，研究團隊首先開展了有關激發态動力學的理論研究。

研究小組研究了有機材料特有的Frenkel激子與光子的耦合行為。

耦合形成一種新的量子态——激子極化激元（Exciton Polaritons），這種半光半物質的準粒子為調控材料的光電性質帶來了新的機會。

研究團隊圍繞光捕獲體系中有機半導體微晶中的“激子漏鬥效應”，實現了具有連續可調激光波長的微激光器。

圖1 大面積有機集成光子回路的可控加工

同時，研究團隊提出了有機“打印光子學”功能器件和集成回路，可以像用光刻技術加工矽基材料那樣，高精度地得到大面積的光學結構，解決了有機光子學材料走向集成化過程中面臨的關鍵瓶頸問題。

2015年發布的“自然指數”（Nature Index）将這項成果作為中國科學家的代表性工作進行了介紹。

圖2 基于有機微納激光陣列的激光顯示

在理論研究及器件制備的基礎上，用有機材料實現激光顯示的目标越來越近。

研究團隊克服了傳統半導體材料在同一基闆上生長和圖案化的困難，制備了具有像素化微激光陣列的全彩色激光顯示面闆。

“這項工作是基礎研究的良好示範，可能會很快闡釋重要的新産品。”國際評估專家評價。

“當前，一個難度系數超高的問題仍未解決。”

趙永生表示，“有機納米材料隻能通過激光激發後才能發射激光，這限制了其真正大規模應用。”

有機電泵浦激光是幾十年來全世界科學家争相攻克的難題，經過該領域研究人員的共同努力，近期已經取得了關鍵突破。

科研人員相信，有機電泵浦激光的實現，将為這場“視覺革命”開創嶄新的未來！

編輯 | 趙路

排版 | 志海 郭剛

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