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    近期，中國科學(xué)院上海光學(xué)精密機械研究所微納光電子功能材料實驗室研究員王俊團(tuán)隊、激光與紅外材料實驗室研究員張龍團(tuán)隊等與國內(nèi)外機構(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)勢和特點。相關(guān)論文發(fā)表于《自然-通訊》[Nature Communications, 10, 3985 (2019)]。

　　近年來從遠(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)展趨勢來看，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)光電子器件基于無機半導(dǎo)體材料如GaAs、InGaAs和InP 等。然而，這些半導(dǎo)體材料持續(xù)增長的需求導(dǎo)致了制備裝置復(fù)雜性和造價的增長，以及環(huán)境保護(hù)方面的問題。迅猛發(fā)展的光電子和光通信工業(yè)需要價格經(jīng)濟(jì)、環(huán)境友好的新一代光電子材料。綠色無污染、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分解重金屬污染物和含氧非金屬基團(tuán)，這項技術(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。上海光機所研究人員及其合作者意識到這項綠色、低成本、無污染的合成技術(shù)在制備光子功能材料方面的價值，經(jīng)過長期堅持不懈的探索，成功制備出光子性能優(yōu)異的Te納米微晶，并驗證了多項重要的超快光子學(xué)應(yīng)用。

　　在這項研究中，研究人員通過培養(yǎng)從美國加州莫諾湖（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)，覆蓋的波長跨度和飽和吸收系數(shù)在紅外端超過了石墨烯。此外，其與聚-間苯乙炔-co-2,5-二辛氧基對苯乙炔（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，還實現(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。