La transmission optique de données permet de transmettre des informations sous forme de lumière au moyen de guides d'ondes optiques dans des réseaux à fibres optiques. Des chercheurs chinois ont maintenant développé des guides d'ondes optiques microscopiques. Comme indiqué dans le journal Angewandte Chemie , ils ont fabriqué des microtiges de charpentes métallo-organiques de lanthanide. Leur structure cristalline particulière assure une conduction lumineuse à faibles pertes et l'émission de lumière polarisée.

Les lanthanides sont un groupe de métaux dont la structure électronique particulière les rend intéressants pour une utilisation dans des applications optoélectroniques. Les charpentes métallo-organiques (MOF) à base de lanthanides (Ln-MOF) offrent un large éventail de possibilités pour des variations ciblées de structure. Les MOF sont des structures en forme de treillis constituées de « nœuds » métalliques reliés par des connecteurs organiques.

Bien défini, Les Ln-MOF à micro-échelle sont restés rares, toutefois. Maintenant, les choses ont changé avec les nouvelles micro-tiges Ln-MOF, qui ont un potentiel en tant que guides d'ondes microscopiques. Dirigé par Dongpeng Yan et Yong Shen Zhao à l'Université normale de Pékin et à l'Académie chinoise des sciences (Pékin, Chine), les chercheurs ont choisi d'utiliser l'acide benzènetricarboxylique (BTC) comme bloc de construction organique. Ce composé absorbe fortement la lumière UV et a des niveaux d'énergie électronique bien adaptés aux lanthanides. Dans un processus d'auto-organisation sous certaines conditions synthétiques, les molécules BTC et les ions lanthanides s'assemblent en microbâtonnets cristallins.

Dans le cristal, les molécules BTC fonctionnent comme de minuscules « antennes lumineuses » :elles captent la lumière et la transmettent très efficacement aux ions lanthanides dans un processus de transfert d'énergie sans rayonnement. Les ions lanthanides émettent alors l'énergie sous forme de luminescence dont la couleur varie en fonction du lanthanide utilisé. Les MOF Terbium émettent une lumière verte; Les MOF d'europium brillent en rouge. Le dopage des MOF de terbium avec 5% d'europium entraîne une luminescence orange.

Vu au microscope, les tiges uniformément irradiées avec de la lumière UV ont des points très brillants aux deux extrémités alors qu'elles ne brillent que faiblement autrement. Le spectre de la lumière émise est constant le long des tiges. Les microtiges agissent ainsi comme des guides d'ondes optiques à faibles pertes. Il est également intéressant que la lumière émise aux extrémités soit polarisée circulairement et uniformément répartie sur la section transversale des tiges.

Ce comportement résulte de la structure cristalline particulière des microtiges, dans lequel les ions lanthanides s'enroulent en une chaîne hélicoïdale le long d'un axe du cristal. Les chaînes sont liées entre elles par des groupes phényle du BTC, qui forment des murs impénétrables pour la lumière. Le résultat global est un réseau tridimensionnel pénétré par des canaux carrés.

Avec leur faible perte de lumière et leur rendement quantique de photoluminescence élevé, ces nouvelles microstructures unidimensionnelles pourraient servir de plate-forme efficace pour le développement de nouveaux systèmes de guides d'ondes optiques accordables en couleur avec des émissions polarisées.