中国人世界首创智能响应磷光材料　实现光子信息加密

“这是一种神奇的材料，给它加电就会发出不同的光。它是一种很好的光信息储存材料，再利用时间分辨成像技术，就可以实现信息的加密和解密。”南京工业大学先进材料研究院副研究员孙会彬说。

近日，南京工业大学校长、中科院院士黄维领导的先进材料创新团队，在国际首创一种多功能磷光金属配合物，并利用其电刺激响应特征开发出一种全新的光信息加解密技术，为下一代光子计算机加解密创造了新路径。

4月7日，该成果的相关论文发表在《自然通讯》期刊上。

该论文的第一作者孙会彬介绍，“光子比电子速度快，光子计算机的运行速度可高达一万亿次，存贮量是现代电子计算机的几万倍。早在十几年前，科学家就在描绘光子计算机的美好未来”。

但是，一直以来，使用光学信号作为存储的器件只具备信息记录功能，而没有解密加密的信息保护功能，这成了光子计算机研究领域的一大“缺憾”。

光子计算机是以光学信号作为信息载体，它不同于传统的电或者磁为信息传输的载体，如何对光信号进行有效地加解密是一个考量科学家智慧的难题。

“现有的计算机加密有两种形式，一种是硬件加密，另一种软件加密。软件加密是通过算法实现的，只要时间足够都有可能被破译。所以，各国都在寻找为光子计算机实现硬件加密的办法。”孙会彬说。

由南京邮电大学和南京工业大学科研人员组成的团队，在研究中巧妙地运用磷光金属配合物的长寿命发光优势，再结合时间分辨成像技术，使得原本只具备信息记录功能的光学信息存储，如虎添翼般增加了信息保护功能。

“我们用发光寿命长但强度弱的磷光金属配合物记录信息，用发光寿命短但强度高荧光染料作背景，在读取光信号时，背景荧光就会掩盖磷光金属配合物上记录的信息，就像在阳光强烈的白天，人类的肉眼无法看到星星。”孙会彬解释说。

该团队研究发现，利用磷光金属配合物的长寿命发光优势，结合短寿命的背景荧光，在复合光学信号的过程中，以一个发光“时间差”，就能顺利实现信息加解密。

该项研究负责人之一，南京邮电大学有机电子与信息显示国家重点实验室培育基地赵强教授在演示时说，我们将信息记载在磷光金属配合物上，在常规状态下背景荧光染料的发光会直接覆盖磷光金属配合物的光信号，从而实现信息加密；然后，当我们需要对信息解密时，我们就利用它们的发光时间差异，通过时间分辨光学成像技术，将发光寿命短的背景荧光扣除出来，保留磷光信号，这样信息就可以读取出来。

这种能发不同光的磷光金属配合物究竟是什么？

其实，它就是有机物和金属离子相互螯合形成的一种介于无机物与有机物之间的材料类型。

近年来，磷光金属配合物光电功能材料因具有丰富的激发态性质、磷光发射效率高、发光寿命长等诸多性能优势，从而形成了磷光光电子学这一新兴研究领域。

“我们研发的这种磷光金属配合物，在国际上首次实现了集三种功能于一身，它对加电、压力和气体刺激都有明确的响应，在光电器件制备领域展现出巨大的应用潜力和广阔的应用空间。”孙会彬介绍。

在实验室，记者看到，原来绿色发光的金属配合物粉末用手摁一下就会转变为黄色发光，而遇到易挥发性气体时，它的发光颜色会从黄色重新变回绿色。利用这一性质，研究人员制备了基于这类材料的黄色发光薄膜，可用特制的“气体笔”进行信息的记录。

“研究发现，不仅在外界摩擦力和气体氛围下，磷光金属配合物在外加电场下同样表现出这种有趣的刺激响应磷光变色现象。”赵强解释，“材料之所以表现出这种多刺激发光响应，是由于我们在磷光配合物的配体中引入特殊氢键给体单元，其极性会随外界环境的变化而改变，进而对配合物的发光性质产生显著影响。”

“这一重大技术突破开辟了有机光电子学研究的新方向，今后可以被广泛地应用在智能光电器件和生物传感等领域。”黄维向记者举例说：“比如，在实现光子计算机的信息储存与加解密、研制未来机器人的智能皮肤、以及探测特定有机气体等领域，都将实现技术的突破。”

“不论从基础研究还是从实际应用方面来说，作者的这一研究结果都具有重要的科学和实际意义。”《自然通讯》审稿人这样评价。（科技日报）

编辑：王永战（实习生）、马丽