机械互锁纳米环的非线性光学特性

《Journal of the American Chemical Society》：Nonlinear Optical Properties of Mechanically Interlocked Nanohoops

纳米环链拓扑结构调控非线性光学性质研究。通过光谱与计算方法揭示机械互锁诱导电荷转移态和非线性吸收行为。拓扑结构而非分子组成主导光电子特性，为量子成像等光子技术提供新途径。

　　

利用空间拓扑结构来调节光与物质相互作用的分子系统设计是现代光子学中一种强大且新兴的方法，为先进技术开辟了新的可能性。在这项研究中，我们首次对纳米环状链状分子的非线性光学（NLO）特性进行了全面的理论和实验研究。这些分子结构是通过机械方式相互连接的。具体来说，我们研究了基于[9]环对苯基与2,2′-联吡啶（Bipy[9]CPP）、[12]环对苯基与1,2,3-三唑（Tz[12]CPP）的组合，以及同时包含这两种单元的纳米环[2]链状分子[9+12]的系统。我们探讨了非共价拓扑修饰如何影响这些系统的光物理行为。通过经典光谱学、纠缠双光子吸收（TPA和ETPA）光谱学、飞秒瞬态吸收（fsTA）以及时变密度泛函理论（TD-DFT）计算，我们发现机械连接在环之间引入了强烈的非共价相互作用，并形成了新的、特定于互锁状态的电子跃迁。通过这些测量和计算，我们发现这种互锁作用会导致电荷转移态的形成以及非线性吸收行为，而这些在单个组分中是不存在的。这些发现表明，空间拓扑结构——而不仅仅是分子的化学身份或共价连接性——能够产生对量子成像、光开关和其他先进光子技术有用的新兴电子行为。