星空电竞 追求采用高度多样化有机材料的超级节能光子学
大分子在我们的日常生活中无处不在——橡胶和塑料产品、油漆、服装和许多其他应用。它们的分子量为10,000或更高，也称为聚合物，是极大分子的总称。林正太郎副教授致力于创造具有出色机械加工性能的“超越聚合物的新材料”。他计划通过专注于 π 共轭分子的有机/聚合物合成和分子组装化学来实现这一目标，这些分子由于其独特的电子和光学特性而经常被用作有机电子材料。
发光是应用开发的机会
分子晶体具有光学性质、导电性、磁性等多种功能，是实现下一代光子学和电子学的关键材料。然而，分子晶体具有致密的各向异性结构，分子堆积在一起，因此虽然具有更高性能的潜力，但它们缺乏柔韧性，并且很脆且容易断裂。如果我们能够自由地设计出柔软、易弯曲的晶体，那么也许可以给材料领域带来新的生命。带着这个想法，林博士进行了基于分子结构的晶体设计，利用π共轭分子（在分子晶体中功能性特别高）创造出具有密度、各向异性和柔韧性的“柔性分子晶体”。在这个过程中，他还发现这些晶体具有发光的特性，并且它们的发光会因弯曲而发生变化。
对于 Hayashi 博士来说，这些发现确实是一个千载难逢的机会。他目前专注于利用柔性分子晶体的弹性变形和发光特性的柔性光波导和光学谐振器的应用。
柔性分子晶体的光子传输功能显着改善
要实现纳微米级的小型光通信器件，开发不需要与光源接触、无需调整角度的“自发光”光波导至关重要，因为它们利用波导本身的发光。然而，以往的自发光型缺乏柔韧性和强度，当物质缺乏光吸收带和光发射带重叠时，器件会吸收自身的光发射，导致光传输效率低的问题。
使用有机晶体和聚合物晶体开发多种类型的光学谐振器
光具有一旦发出就会扩散的特性，实现光的自由控制的一个关键问题是如何将其强有力地限制在微观区域内。超小型“光学谐振器”的结构将光限制在一定时间内，在实践中被用于各种应用，例如激光振荡，作为节省能量的装置，因为信号处理是用限制的光进行的。 Hayashi 博士及其同事还在利用柔性分子晶体开发高性能、超小型光学谐振器。
原则上，光学谐振器的工作原理是这样的：入射光被限制在一个空间中，通过在设备内部来回或循环发送信号来放大信号，从而产生特定的驻波，并发射出独特类型的光。光学谐振器有多种类型，但最典型的是法布里-珀罗模式谐振器，其通过使光在彼此平行布置的两个镜子之间来回传递来实现谐振。由规则的分子阵列组成的分子晶体可以很容易地呈现平行构型。因此，林博士制作了各种柔性分子晶体，并测量了由于弯曲变形而导致的荧光光谱的变化。这导致了源自谐振模式的模式的发现，并成功开发了采用柔性分子晶体的法布里-珀罗模式谐振器。
除此之外，Hayashi 博士正在开发利用晶体柔性的各种类型的光学谐振器，例如环形谐振器，其中受限的光在完全反射的同时继续循环。这种类型是通过将柔性分子晶体形成环形来实现的。
通过将发光聚合物溶液施加到尺寸约为5μm的超小二氧化硅球上的简单调整，也可以创建具有发光特性的有机/无机杂化球。当光照射到这些球体上并被限制时，测量荧光光谱的变化，发现周期性地出现尖锐的光发射带，表明球体内部存在光学共振。这表明这些球体的行为类似于回音壁模式 (WGM) 谐振器，这是一种环形谐振器。
“WGM 是一种强光沿着圆形墙壁传播的模式。就像您在一个大的圆形圆顶内耳语一样，声波会通过墙壁传播，圆顶另一侧的人可以听到您的声音。WGM 模式的工作原理与这种现象相同。光在球体表面附近传播，发生共振，因此振荡光变得锐利，这有望改善光线输出和光检测灵敏度。”
博士。 Hayashi相信，当这种发光有机/无机混合球体被涂覆在各种基材上以获得更大的表面积时，应用范围将大大扩展。
旨在建立一个超越科学界限的新学术领域
谐振器也是激光振荡器的关键部件，Hayashi 博士希望将其对光学谐振器的研发扩展到激光器。
如果能够将目前主流的无机激光介质改为有机类型，无论在成本还是能源方面都将非常有优势。
“我认为，利用有机材料开发超节能激光振荡器，收集大量弱光并将其转化为激光，是未来的潜力。有机物比无机物具有更多的结构多样性，但迄今为止只有单分子用于应用科学。近年来，随着有机化学和物理学融合的进展，利用这种多样性的基础已经形成。利用这一基础将大大增强创造新材料的潜力。材料。”
由于这样的机会，Hayashi博士最近参加了应用物理和激光会议，并且正在积极与其他领域合作。
在此之前，他在实验室中从想要表现的功能出发，设计并合成了分子结构，设计了许多分子有序排列的晶体结构的设计方法，并将开发进行到底——不仅是对所出现的特性的评估，而且是对所开发材料的应用。 Hayashi博士致力于跨学科的研究风格，他的实验室在过去几年中不断发表革命性的研究成果。受到外界关注，在日本国内外的学术期刊和其他媒体上都有报道。是什么推动了如此快速的进步？
“我做跨学科研究只是因为我喜欢它。当我创造一种新物质时，我不会就此止步。我从各个角度观察它，并坚持不懈地研究它的未知点。这才是我研究的真正动力。XK星空拥有促进与其他领域的研究合作和跨学科联合研究的优秀文化。这种研究环境对我来说绝对是一个优势。”
博士。 Hayashi 的最大目标是系统化从分子设计到设备应用开发的路径，并建立一个超越材料科学界限的新学术领域，这是他毕生研究的目标。未来，他将继续以独到的想法和扎实的实践能力，推动这一梦想的实现。
发帖日期：2024年3月/采访日期：2023年10月