受激辐射(Stimulated emission, SE)在激光产生过程中扮演着不可或缺的角色,是产生激光的必要条件。在激光技术的发展历程中,受激辐射这一概念始终处于核心地位。就目前的研究状况而言,实现有机π共轭分子在固态下的受激辐射仍然是一个极为重大的挑战。有机π共轭分子具有独特的电子结构和光学性质,然而在固态下,其分子间的相互作用复杂多变,包括分子堆积方式、能量转移过程等都会对受激辐射产生影响。近年来,有机固体激光器由于其潜在的优势在国际上成为了研究热点。在众多的研究方向中,进一步降低有机功能材料及其体系的激射阈值是实现电泵浦有机固体激光器的重要前提条件之一。只有降低激射阈值,才能在电泵浦的条件下更有效地实现有机固体激光器的工作,这对于推动有机固体激光器在实际中的广泛应用具有至关重要的意义。

针对上述问题,田文晶教授和徐斌教授课题组开发了一种通过共结晶实现ASE和线偏振发光的简单策略。通过氢键共结晶策略实现分子晶体中的受激辐射,所获得的有机共晶显示出良好的放大自发辐射(ASE)性质。晶体结构分析表明,共结晶抑制了激基缔合物的形成,从而有利于ASE的产生。在晶体中,配体的引入不仅稀释了主体荧光分子,还合理地调整了它们的堆积结构和光物理性质。两种共晶的单向排列使得晶体具有优异的光波导和偏振发射性质。此外,在π-π堆积最小化的情况下,两种共晶显示出较高的辐射跃迁速率和较大的SE截面。这些结果揭示了共晶作为增益介质的巨大潜力,通过在晶体内限制和引导光,为ASE提供理想的环境,相关研究成果已发表在Angew. Chem. Int. Ed.杂志(Angew. Chem. Int. Ed. 2024, 63, e202411911)。

氢键共结晶策略增强受激辐射增强示意图。