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    近期，中國(guó)科學(xué)院上海光學(xué)精密機(jī)械研究所微納光電子功能材料實(shí)驗(yàn)室研究員王俊團(tuán)隊(duì)、激光與紅外材料實(shí)驗(yàn)室研究員張龍團(tuán)隊(duì)等與國(guó)內(nèi)外機(jī)構(gòu)合作，揭示了微生物合成Te納米材料及其共軛聚合物復(fù)合材料優(yōu)異的超快非線性光學(xué)特性，證實(shí)了其在超短脈沖產(chǎn)生、全光開關(guān)等領(lǐng)域的重要應(yīng)用潛力，該項(xiàng)研究展示出微生物合成技術(shù)在光子功能材料領(lǐng)域的優(yōu)勢(shì)和特點(diǎn)。相關(guān)論文發(fā)表于《自然-通訊》[Nature Communications, 10, 3985 (2019)]。

　　近年來(lái)從遠(yuǎn)程通訊、顯示照明技術(shù)、可再生能源、生物醫(yī)藥傳感器的發(fā)展趨勢(shì)來(lái)看，光電技術(shù)在上述領(lǐng)域的應(yīng)用起到不可或缺的作用。當(dāng)前多數(shù)光電子器件基于無(wú)機(jī)半導(dǎo)體材料如GaAs、InGaAs和InP 等。然而，這些半導(dǎo)體材料持續(xù)增長(zhǎng)的需求導(dǎo)致了制備裝置復(fù)雜性和造價(jià)的增長(zhǎng)，以及環(huán)境保護(hù)方面的問(wèn)題。迅猛發(fā)展的光電子和光通信工業(yè)需要價(jià)格經(jīng)濟(jì)、環(huán)境友好的新一代光電子材料。綠色無(wú)污染、可大批量制備的微生物合成材料技術(shù)有望為這一問(wèn)題提供有效的解決方案。

　　上世紀(jì)末人們發(fā)現(xiàn)利用某種厭氧細(xì)菌的呼吸作用可以用來(lái)分解重金屬污染物和含氧非金屬基團(tuán)，這項(xiàng)技術(shù)在微生物、地球化學(xué)、生態(tài)學(xué)和環(huán)境科學(xué)方面具有深遠(yuǎn)的意義。上海光機(jī)所研究人員及其合作者意識(shí)到這項(xiàng)綠色、低成本、無(wú)污染的合成技術(shù)在制備光子功能材料方面的價(jià)值，經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期堅(jiān)持不懈的探索，成功制備出光子性能優(yōu)異的Te納米微晶，并驗(yàn)證了多項(xiàng)重要的超快光子學(xué)應(yīng)用。

　　在這項(xiàng)研究中，研究人員通過(guò)培養(yǎng)從美國(guó)加州莫諾湖（Mono Lake）中提取的一種芽孢桿菌（Bacillus Selenitireducens）成功合成了單質(zhì)Te納米微晶。超快非線性光學(xué)研究表明Te納米微晶具有從可見到中紅外（515 nm至2.8 μm）的廣域飽和吸收性質(zhì)，覆蓋的波長(zhǎng)跨度和飽和吸收系數(shù)在紅外端超過(guò)了石墨烯。此外，其與聚-間苯乙炔-co-2,5-二辛氧基對(duì)苯乙炔（PmPV）共軛聚合的復(fù)合材料在可見和近紅外波段表現(xiàn)出優(yōu)異的寬波段激光防護(hù)光限幅特性，超過(guò)了C60、碳納米管及金屬酞菁等被廣泛關(guān)注的光限幅材料。研究人員進(jìn)一步利用Te納米微晶成功地實(shí)現(xiàn)了在摻鉺光纖激光器和銩固體激光器中的中紅外超短脈沖輸出。同時(shí)，還實(shí)現(xiàn)了基于Te納米微晶的熱光開關(guān)，其熱光響應(yīng)速度和熱光系數(shù)均超過(guò)了之前被認(rèn)為性能極佳的WS2和石墨烯。

　　這些結(jié)果表明微生物合成的Te納米晶具有非常優(yōu)異的超快非線性光學(xué)特性，基于該材料制備的紅外超短脈沖鎖模器、寬波段強(qiáng)激光防護(hù)光限幅器、熱光開關(guān)等光子學(xué)器件均體現(xiàn)出非常好的工作性能。這項(xiàng)研究創(chuàng)新性地將綠色微生物合成技術(shù)引入高性能光子功能材料制備中，填補(bǔ)了微生物合成納米材料光子學(xué)性質(zhì)及應(yīng)用研究的空白。

　　相關(guān)工作得到了國(guó)家自然科學(xué)基金委、中科院及上海市科委的支持。

　　論文鏈接 

    (a)微生物合成Te納米晶，(b)可見到中紅外廣域飽和吸收性質(zhì)，(c)紅外超短脈沖輸出，(d) 優(yōu)異的光開關(guān)性能。