有序和各向异性组装Au2Ag2平行四边形实现多方向低损耗光波导
近日，黑龙江大学许辉教授团队在团簇光波导领域取得重要进展。通过手性配体调控合成平面二维团簇材料，实现了多方向低损耗的光波导性能，并确定了手性配体在光波导体系中的重要作用。研究成果以“Ordered and Anisotropic Assembling of Au2Ag2 Parallelogram Enables Multi-Directional Low-Loss Optical Waveguide”为题，发表于《Advanced Functional Materials》。
设计了一种具有平行四边形Au₂Ag₂金属核的手性簇合物。二维金属核与手性配体的协同作用诱导了外围配体定向排列，进而推动分子在二维平面内高度有序、各向异性地堆积，形成结晶质量高、表面光滑的二维片状晶体。得益于其独特的分子构型与堆积方式，该材料的跃迁偶极矩（TDM）方向与金属核平面近乎平行，从而在晶体不同方向上呈现出差异化的光子-偶极相互作用，最终实现方向依赖的光传输行为。
实验表明，Au2Ag2(R-POT)4晶体在三个不同晶面方向（对应（200）、（11-1）和（1-1-1）面）上均可实现高效光波导，其光学损耗系数分别为0.01、0.0178和0.0161 dB·μm⁻¹。其中沿（200）方向的损耗极低，主要得益于该方向上光偏振与TDM近乎垂直，显著抑制了光子重吸收过程。与此同时，晶体表现出强烈的线偏振发射特性，偏振比达到0.61，进一步证实了其高度的光学各向异性。
本工作构建了一对手性合金簇Au2Ag2(R/S-POT)4，具有蓝色CPL发射，PLQY大于93%。独特Au2Ag2平行四边形簇核可以在不同的堆叠方向上有效诱导出高度有序的二维晶体结构，分子手性决定了二维晶体中高度有序的各向异性堆叠模式。独特的结构也使得TDM取向几乎与Au2Ag2平行四边形核心水平，光子偶极相互作用在D1方向上较弱，在D2/D3方向上较强。Au2Ag2(R-POT)4表现出各向异性发光行为，线极化各向异性比为0.61，OLC分别为0.01 dB μm-1 （D1）、0.0178 dB μm-1 （D2）和0.0161 dB μm-1（D3）。这种低损耗波导性能是易自组装结晶度、表面光滑和高PLQY的综合结果。本研究通过对Au2Ag2平行四边形的自组装调控，为多向各向异性波导的研究提供了有价值的启示，有利于开发集成的各向异性光子材料。
黑龙江大学硕士研究生费丽丽为第一作者，黑龙江大学许辉教授、韩春苗教授、陈硕副教授以及苏州大学王雪东教授共同为通讯作者。该工作获得了国家自然科学基金（22375057, W2412073, 52273173, 22325502, 92461304, 22305073）和黑龙江省基础科学研究基金会（2024-KYYWF-0113）的支持。
Ordered and Anisotropic Assembling of Au2Ag2 Parallelogram Enables Multi-Directional Low-Loss Optical Waveguide
Lili Fei, Zhaoji Lv, Shuo Chen*, Ye Tao, Linqing Qiu, Chunmiao Han*, Xuedong Wang*, and Hui Xu* .
Adv. Funct. Mater. 2025. e30393. DOI：10.1002/adfm.202530393
论文链接：https://advanced.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.202530393