智能響應(yīng)磷光材料實(shí)現(xiàn)光子信息加密

【摘要】近日，南京工業(yè)大學(xué)校長(zhǎng)、中科院院士黃維領(lǐng)導(dǎo)的先進(jìn)材料創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)，在國(guó)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(yīng)特征開發(fā)出一種全新的光信息加解密技術(shù)，為下一代光子計(jì)算機(jī)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(huì)發(fā)出不同的光。它是一種很好的光信息儲(chǔ)存材料，再利用時(shí)間分辨成像技術(shù)，就可以實(shí)現(xiàn)信息的加密和解密?！蹦暇┕I(yè)大學(xué)先進(jìn)材料研究院副研究員孫會(huì)彬說。

    近日，南京工業(yè)大學(xué)校長(zhǎng)、中科院院士黃維領(lǐng)導(dǎo)的先進(jìn)材料創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)，在國(guó)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(yīng)特征開發(fā)出一種全新的光信息加解密技術(shù)，為下一代光子計(jì)算機(jī)加解密創(chuàng)造了新路徑。

    光子計(jì)算機(jī)硬加密成為可能

    4月7日，該成果的相關(guān)論文發(fā)表在《自然通訊》期刊上。

    該論文的第一作者孫會(huì)彬介紹，“光子比電子速度快，光子計(jì)算機(jī)的運(yùn)行速度可高達(dá)一萬億次，存貯量是現(xiàn)代電子計(jì)算機(jī)的幾萬倍。早在十幾年前，科學(xué)家就在描繪光子計(jì)算機(jī)的美好未來”。

    但是，一直以來，使用光學(xué)信號(hào)作為存儲(chǔ)的器件只具備信息記錄功能，而沒有解密加密的信息保護(hù)功能，這成了光子計(jì)算機(jī)研究領(lǐng)域的一大“缺憾”。

    光子計(jì)算機(jī)是以光學(xué)信號(hào)作為信息載體，它不同于傳統(tǒng)的電或者磁為信息傳輸?shù)妮d體，如何對(duì)光信號(hào)進(jìn)行有效地加解密是一個(gè)考量科學(xué)家智慧的難題。

    “現(xiàn)有的計(jì)算機(jī)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(shí)現(xiàn)的，只要時(shí)間足夠都有可能被破譯。所以，各國(guó)都在尋找為光子計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)硬件加密的辦法?！睂O會(huì)彬說。

    由南京郵電大學(xué)和南京工業(yè)大學(xué)科研人員組成的團(tuán)隊(duì)，在研究中巧妙地運(yùn)用磷光金屬配合物的長(zhǎng)壽命發(fā)光優(yōu)勢(shì)，再結(jié)合時(shí)間分辨成像技術(shù)，使得原本只具備信息記錄功能的光學(xué)信息存儲(chǔ)，如虎添翼般增加了信息保護(hù)功能。

    “我們用發(fā)光壽命長(zhǎng)但強(qiáng)度弱的磷光金屬配合物記錄信息，用發(fā)光壽命短但強(qiáng)度高熒光染料作背景，在讀取光信號(hào)時(shí)，背景熒光就會(huì)掩蓋磷光金屬配合物上記錄的信息，就像在陽光強(qiáng)烈的白天，人類的肉眼無法看到星星。”孫會(huì)彬解釋說。

    該團(tuán)隊(duì)研究發(fā)現(xiàn)，利用磷光金屬配合物的長(zhǎng)壽命發(fā)光優(yōu)勢(shì)，結(jié)合短壽命的背景熒光，在復(fù)合光學(xué)信號(hào)的過程中，以一個(gè)發(fā)光“時(shí)間差”，就能順利實(shí)現(xiàn)信息加解密。

    該項(xiàng)研究負(fù)責(zé)人之一，南京郵電大學(xué)有機(jī)電子與信息顯示國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室培育基地趙強(qiáng)教授在演示時(shí)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(huì)直接覆蓋磷光金屬配合物的光信號(hào)，從而實(shí)現(xiàn)信息加密；然后，當(dāng)我們需要對(duì)信息解密時(shí)，我們就利用它們的發(fā)光時(shí)間差異，通過時(shí)間分辨光學(xué)成像技術(shù)，將發(fā)光壽命短的背景熒光扣除出來，保留磷光信號(hào)，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(shí)，它就是有機(jī)物和金屬離子相互螯合形成的一種介于無機(jī)物與有機(jī)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(zhì)、磷光發(fā)射效率高、發(fā)光壽命長(zhǎng)等諸多性能優(yōu)勢(shì)，從而形成了磷光光電子學(xué)這一新興研究領(lǐng)域。

    “我們研發(fā)的這種磷光金屬配合物，在國(guó)際上首次實(shí)現(xiàn)了集三種功能于一身，它對(duì)加電、壓力和氣體刺激都有明確的響應(yīng)，在光電器件制備領(lǐng)域展現(xiàn)出巨大的應(yīng)用潛力和廣闊的應(yīng)用空間?！睂O會(huì)彬介紹。

    在實(shí)驗(yàn)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(huì)轉(zhuǎn)變?yōu)辄S色發(fā)光，而遇到易揮發(fā)性氣體時(shí)，它的發(fā)光顏色會(huì)從黃色重新變回綠色。利用這一性質(zhì)，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(jìn)行信息的記錄。

    “研究發(fā)現(xiàn)，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(chǎng)下同樣表現(xiàn)出這種有趣的刺激響應(yīng)磷光變色現(xiàn)象?！壁w強(qiáng)解釋，“材料之所以表現(xiàn)出這種多刺激發(fā)光響應(yīng)，是由于我們?cè)诹坠馀浜衔锏呐潴w中引入特殊氫鍵給體單元，其極性會(huì)隨外界環(huán)境的變化而改變，進(jìn)而對(duì)配合物的發(fā)光性質(zhì)產(chǎn)生顯著影響?！?/P>

    “這一重大技術(shù)突破開辟了有機(jī)光電子學(xué)研究的新方向，今后可以被廣泛地應(yīng)用在智能光電器件和生物傳感等領(lǐng)域?！秉S維向記者舉例說：“比如，在實(shí)現(xiàn)光子計(jì)算機(jī)的信息儲(chǔ)存與加解密、研制未來機(jī)器人的智能皮膚、以及探測(cè)特定有機(jī)氣體等領(lǐng)域，都將實(shí)現(xiàn)技術(shù)的突破?！?/P>

    “不論從基礎(chǔ)研究還是從實(shí)際應(yīng)用方面來說，作者的這一研究結(jié)果都具有重要的科學(xué)和實(shí)際意義?！薄蹲匀煌ㄓ崱穼徃迦诉@樣評(píng)價(jià)。