Optisk dataöverföring gör att information kan överföras som ljus via optiska vågledare i fiberoptiska nätverk. Kinesiska forskare har nu utvecklat optiska vågledare i mikroskala. Som rapporterats i tidningen Angewandte Chemie , de har gjort mikrostavar av lantanidmetall-organiska ramverk. Deras speciella kristallstruktur säkerställer lågförlustljusledning och emission av polariserat ljus.

Lantanider är en grupp metaller vars speciella elektroniska struktur gör dem attraktiva för användning i optoelektroniska applikationer. Metall-organiska ramverk (MOF) baserade på lantanider (Ln-MOF) erbjuder ett brett utbud av möjligheter för riktade variationer i struktur. MOFs är gitterliknande strukturer gjorda av metalliska "noder" överbryggade av organiska kopplingar.

Väldefinierad, mikroskala Ln-MOF har förblivit en sällsynthet, dock. Nu, saker har förändrats med de nya micro-rod Ln-MOFs, som har potential som vågledare i mikroskala. Leds av Dongpeng Yan och Yong Shen Zhao vid Beijing Normal University och Chinese Academy of Sciences (Peking, Kina), forskarna valde att använda bensentrikarboxylsyra (BTC) som sin organiska byggsten. Denna förening absorberar starkt UV-ljus och har elektroniska energinivåer väl matchade med lantanider. I en självorganiseringsprocess under vissa syntetiska förhållanden, BTC-molekylerna och lantanidjonerna samlas till kristallina mikrostavar.

Inuti kristallen, BTC-molekylerna fungerar som små "ljusantenner":de fångar ljus och skickar det mycket effektivt vidare till lantanidjonerna i en strålningsfri energiöverföringsprocess. Lantanidjonerna avger sedan energin som luminescens vars färg varierar beroende på vilken lantanid som används. Terbium MOFs avger grönt ljus; europium MOFs lyser rött. Doping av terbium-MOF med 5 % europium resulterar i orange luminescens.

Sett i mikroskop, Stavar som är jämnt bestrålade med UV-ljus har mycket ljusa punkter i båda ändar medan de annars bara lyser svagt. Spektrum av det emitterade ljuset är konstant längs stavarnas längd. Mikrostavarna fungerar således som optiska vågledare med låg förlust. Det är också intressant att ljuset som emitteras i ändarna är cirkulärt polariserat och jämnt fördelat över stavarnas tvärsnitt.

Detta beteende beror på mikrostavarnas speciella kristallstruktur, där lantanidjonerna slingrar sig i en spiralformad kedja längs en axel av kristallen. Kedjorna är bundna tillsammans av fenylgrupper i BTC, som bildar ogenomträngliga väggar för ljuset. Det övergripande resultatet är ett tredimensionellt gitter genomträngt av kvadratiska kanaler.

Med sin låga ljusförlust och höga fotoluminescenskvantutbyte, dessa nya endimensionella mikrostrukturer skulle kunna fungera som en effektiv plattform för utveckling av nya system av färgavstämbara optiska vågledare med polariserade emissioner.