La trasmissione ottica dei dati consente di trasmettere le informazioni sotto forma di luce tramite guide d'onda ottiche nelle reti in fibra ottica. I ricercatori cinesi hanno ora sviluppato guide d'onda ottiche su microscala. Come riportato sulla rivista Angewandte Chemie , hanno realizzato microbarre di strutture metallo-organiche di lantanidi. La loro particolare struttura cristallina garantisce una conduzione della luce a bassa perdita e l'emissione di luce polarizzata.

I lantanidi sono un gruppo di metalli la cui speciale struttura elettronica li rende interessanti per l'uso in applicazioni optoelettroniche. Le strutture metallo-organiche (MOF) a base di lantanidi (Ln-MOF) offrono un'ampia gamma di possibilità per variazioni mirate nella struttura. I MOF sono strutture reticolari costituite da "nodi" metallici collegati a ponte da connettori organici.

ben definito, I Ln-MOF su microscala sono rimasti una rarità, però. Ora, le cose sono cambiate con i nuovi micro-rod Ln-MOF, che hanno potenziale come guide d'onda su microscala. Guidati da Dongpeng Yan e Yong Shen Zhao presso l'Università Normale di Pechino e l'Accademia Cinese delle Scienze (Pechino, Cina), i ricercatori hanno scelto di utilizzare l'acido benzentricarbossilico (BTC) come elemento costitutivo organico. Questo composto assorbe fortemente la luce UV e ha livelli di energia elettronica ben abbinati ai lantanidi. In un processo di auto-organizzazione in determinate condizioni sintetiche, le molecole BTC e gli ioni lantanidi si assemblano in microbarre cristalline.

All'interno del cristallo, le molecole BTC funzionano come minuscole "antenne di luce":catturano la luce e la trasmettono in modo molto efficiente agli ioni lantanidi in un processo di trasferimento di energia senza radiazioni. Gli ioni lantanidi emettono quindi l'energia sotto forma di luminescenza il cui colore varia a seconda del lantanide utilizzato. I MOF al terbio emettono luce verde; i MOF di europio si illuminano di rosso. Il doping di MOF di terbio con il 5% di europio provoca una luminescenza arancione.

Visto al microscopio, i bastoncini irradiati uniformemente con luce UV hanno punti molto luminosi ad entrambe le estremità mentre altrimenti brillano solo debolmente. Lo spettro della luce emessa è costante lungo la lunghezza delle aste. Le microbarre agiscono quindi come guide d'onda ottiche a bassa perdita. È anche interessante che la luce emessa alle estremità sia polarizzata circolarmente e distribuita uniformemente sulla sezione trasversale delle aste.

Questo comportamento deriva dalla particolare struttura cristallina delle microbarre, in cui gli ioni lantanidi si snodano in una catena elicoidale lungo un asse del cristallo. Le catene sono legate tra loro da gruppi fenilici del BTC, che formano muri impenetrabili per la luce. Il risultato complessivo è un reticolo tridimensionale penetrato da canali quadrati.

Con la loro bassa perdita di luce e l'elevata resa quantica della fotoluminescenza, queste nuove microstrutture unidimensionali potrebbero servire come piattaforma efficace per lo sviluppo di nuovi sistemi di guide d'onda ottiche sintonizzabili a colori con emissioni polarizzate.