http://phys.org/news/2013-08-molecules-interaction.html
2013.08.06
「強化與操縱有機分子所發出的光」是許多重要的技術與科學進展的核心，包括 OLED、生物造影、生物分子偵測等領域。 MIT 的研究者現在發現一種新的平台，只要讓有機分子懸浮在仔細設計過的、具有週期性孔洞陣列（periodic array of holes） -- 所謂的「光子晶體表面（photonic crystal surface）」-- 的平板上，就能夠戲劇性的操縱有機分子的發光。
受光子晶體表面所提供的、快速且具方向性之發射通道（稱為「共振」）的影響，溶液中懸浮在表面上層的分子，其表現不再與以往相同：它不會朝所有方向全向地（isotropically）向發光，反而會朝特定方向發光。
研究者表示，這種平台也能用來強化其他類型的「光與物質」交互作用，例如拉曼（Raman）散射。此外，該過程也能用於其他奈米發光體，例如量子點。
物理教授 Marin Soljacic 以及 John Joannopoulos，應用數學副教授 Steven Johnson、研究科學家 Dr. Ofer Shapira，博士後 Dr. Alejandro Rodriguez、Dr. Xiangdong Liang 以及畢業生 Bo Zhen、Song-Liang Chua、Jeongwon Lee 在 PNAS 的特輯上報告這項發現。
"絕大部分的螢光分子像一顆黯淡的燈泡朝所有方向均勻地發光，" Soljacic 說。研究者常將有機發光體合併到次波長結構化共振腔（sub-wavelength structured cavities，那通常以無機材料製成）中，來加強其發光。不過，挑戰在於，為這種混合系統製造共振腔時，所與生俱來的不相容。
Zhen 等人提出一個簡單、直接的方法學，將有機發光體合併到他們的結構中：在光子晶體表面上引入一個微流體通道，溶液中的有機材料被遞送到活化區，在此與光的交 互作用被強化了。透過一種被設計成具高度指向性的發射圖案（emission pattern），每個分子會吸收及發射更多能量。 "現在我們能將分子從「簡單的燈泡」轉變成「強烈的閃光」，那強了數千倍，且每個都能朝相同方向排列，" Shapira 說，該論文的資深作者。
這項發現本身會導致不少實際的應用。"例如，在一般的血液測試中，" Shapira 補充，"細胞與蛋白質被標記抗體，而螢光分子則用來辨識與偵測它們。由於來自分子的強化指向性發射，透過這樣的系統，它們的偵測限制能獲得大幅改進。"
研究者亦證明，以低輸入功率，就能將指向性發射轉變成有機雷射。"這個最新示範真的突顯該系統的新奇性，" 第一作者 Zhen 表示。在此運作的任何雷射生成系統在輸入功率等級上幾乎都有障礙，名為雷射門檻值（lasing threshold），低於此，不會產生雷射。自然，此閾值愈低，產生雷射所需功率也就愈少。探索出現在當前平台中的強化機制時，他們觀察到激發雷射光的 障礙較先前大幅降低：新系統所測得的閾值，在所用分子相同的情況下，至少都比先前所報告的任何結果低了一個數量級。
※ 相關報導：
＊ Enabling enhanced emission and low-threshold lasing of organic molecules using special Fano resonances of macroscopic photonic crystals
http://www.pnas.org/cgi/doi/10.1073/pnas.1311866110
Bo Zhen, Song-Liang Chua, Jeongwon Lee,＊ 「液態」 OLED 提供更多發光的可能性
Alejandro W. Rodriguez, Xiangdong Liang, Steven G. Johnson,
John D. Joannopoulos, Marin Soljacic, and Ofer Shapira.
PNAS August 5, 2013,
doi: 10.1073/pnas.1311866110
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