智能響應磷光材料實現光子信息加密

【摘要】近日，南京工業(yè)大學校長、中科院院士黃維領導的先進材料創(chuàng)新團隊，在國際首創(chuàng)一種多功能磷光金屬配合物，并利用其電刺激響應特征開發(fā)出一種全新的光信息加解密技術，為下一代光子計算機加解密創(chuàng)造了新路徑。

    “這是一種神奇的材料，給它加電就會發(fā)出不同的光。它是一種很好的光信息儲存材料，再利用時間分辨成像技術，就可以實現信息的加密和解密。”南京工業(yè)大學先進材料研究院副研究員孫會彬說。

    近日，南京工業(yè)大學校長、中科院院士黃維領導的先進材料創(chuàng)新團隊，在國際首創(chuàng)一種多功能磷光金屬配合物，并利用其電刺激響應特征開發(fā)出一種全新的光信息加解密技術，為下一代光子計算機加解密創(chuàng)造了新路徑。

    光子計算機硬加密成為可能

    4月7日，該成果的相關論文發(fā)表在《自然通訊》期刊上。

    該論文的第一作者孫會彬介紹，“光子比電子速度快，光子計算機的運行速度可高達一萬億次，存貯量是現代電子計算機的幾萬倍。早在十幾年前，科學家就在描繪光子計算機的美好未來”。

    但是，一直以來，使用光學信號作為存儲的器件只具備信息記錄功能，而沒有解密加密的信息保護功能，這成了光子計算機研究領域的一大“缺憾”。

    光子計算機是以光學信號作為信息載體，它不同于傳統(tǒng)的電或者磁為信息傳輸的載體，如何對光信號進行有效地加解密是一個考量科學家智慧的難題。

    “現有的計算機加密有兩種形式，一種是硬件加密，另一種軟件加密。軟件加密是通過算法實現的，只要時間足夠都有可能被破譯。所以，各國都在尋找為光子計算機實現硬件加密的辦法?！睂O會彬說。

    由南京郵電大學和南京工業(yè)大學科研人員組成的團隊，在研究中巧妙地運用磷光金屬配合物的長壽命發(fā)光優(yōu)勢，再結合時間分辨成像技術，使得原本只具備信息記錄功能的光學信息存儲，如虎添翼般增加了信息保護功能。

    “我們用發(fā)光壽命長但強度弱的磷光金屬配合物記錄信息，用發(fā)光壽命短但強度高熒光染料作背景，在讀取光信號時，背景熒光就會掩蓋磷光金屬配合物上記錄的信息，就像在陽光強烈的白天，人類的肉眼無法看到星星?！睂O會彬解釋說。

    該團隊研究發(fā)現，利用磷光金屬配合物的長壽命發(fā)光優(yōu)勢，結合短壽命的背景熒光，在復合光學信號的過程中，以一個發(fā)光“時間差”，就能順利實現信息加解密。

    該項研究負責人之一，南京郵電大學有機電子與信息顯示國家重點實驗室培育基地趙強教授在演示時說，我們將信息記載在磷光金屬配合物上，在常規(guī)狀態(tài)下背景熒光染料的發(fā)光會直接覆蓋磷光金屬配合物的光信號，從而實現信息加密；然后，當我們需要對信息解密時，我們就利用它們的發(fā)光時間差異，通過時間分辨光學成像技術，將發(fā)光壽命短的背景熒光扣除出來，保留磷光信號，這樣信息就可以讀取出來。

    智能光電材料中的“多面手”

    這種能發(fā)不同光的磷光金屬配合物究竟是什么？

    其實，它就是有機物和金屬離子相互螯合形成的一種介于無機物與有機物之間的材料類型。

    近年來，磷光金屬配合物光電功能材料因具有豐富的激發(fā)態(tài)性質、磷光發(fā)射效率高、發(fā)光壽命長等諸多性能優(yōu)勢，從而形成了磷光光電子學這一新興研究領域。

    “我們研發(fā)的這種磷光金屬配合物，在國際上首次實現了集三種功能于一身，它對加電、壓力和氣體刺激都有明確的響應，在光電器件制備領域展現出巨大的應用潛力和廣闊的應用空間。”孫會彬介紹。

    在實驗室，記者看到，原來綠色發(fā)光的金屬配合物粉末用手摁一下就會轉變?yōu)辄S色發(fā)光，而遇到易揮發(fā)性氣體時，它的發(fā)光顏色會從黃色重新變回綠色。利用這一性質，研究人員制備了基于這類材料的黃色發(fā)光薄膜，可用特制的“氣體筆”進行信息的記錄。

    “研究發(fā)現，不僅在外界摩擦力和氣體氛圍下，磷光金屬配合物在外加電場下同樣表現出這種有趣的刺激響應磷光變色現象?！壁w強解釋，“材料之所以表現出這種多刺激發(fā)光響應，是由于我們在磷光配合物的配體中引入特殊氫鍵給體單元，其極性會隨外界環(huán)境的變化而改變，進而對配合物的發(fā)光性質產生顯著影響。”

    “這一重大技術突破開辟了有機光電子學研究的新方向，今后可以被廣泛地應用在智能光電器件和生物傳感等領域?！秉S維向記者舉例說：“比如，在實現光子計算機的信息儲存與加解密、研制未來機器人的智能皮膚、以及探測特定有機氣體等領域，都將實現技術的突破?！?/P>

    “不論從基礎研究還是從實際應用方面來說，作者的這一研究結果都具有重要的科學和實際意義?！薄蹲匀煌ㄓ崱穼徃迦诉@樣評價。