作者 |李丹 甘晓
2014年起，中国科学院启动战略性先导科技专项（B类）“功能pi(π)-体系的分子工程”（以下简称“先导专项”）。
在先导专项支持的5年工作里，由中国科学院院士朱道本、万立骏担任首席科学家，来自中国科学院化学研究所、长春应用化学研究所、上海有机化学研究所以及微电子研究所等多家单位的科研人员通力合作，产生一批原创性的具有世界领先水平的创新成果。
从12月11日起，《中国科学报》盘点该项目支持下，科学家在6个不同领域取得的成果。
领域一| 有机热电材料：未来绿色能源新翘楚
领域二| 石墨炔：开辟碳材料新世界
领域三| 有机半导体：从新分子迈向传感器
领域四| 有机光伏：让“万物互联”梦想照进现实
领域五
有机微纳激光：许“视觉革命”一个未来！
全色域、高亮度、极限高清、真3D……这是激光显示即将掀起的一场“人类视觉史上的革命”，微纳激光将扮演重要角色。
微纳激光是指纳米结构中的受激发射，它们产生强烈的相干光信号，在光通信、集成光子回路（PIC）和显示技术中展现出了广阔的应用前景。
有机共轭分子的纳米组装结构可以实现与传统的无机半导体材料显著不同的激光行为，是微纳激光的“未来之星”。
2008年，中科院化学所研究团队报告了世界首例有机纳米激光，展示了有机材料在光子学领域的独特优势。
该所研究员赵永生介绍，想要更有效地利用有机微纳激光，必须首先从激发态层次理解不同有机材料中的电子从基态到激发态再发出激光再回到基态的动力学过程。
在中国科学院战略性先导科技专项（B类）“功能pi(π)-体系的分子工程”的支持下，研究团队首先开展了有关激发态动力学的理论研究。
研究小组研究了有机材料特有的Frenkel激子与光子的耦合行为。
耦合形成一种新的量子态——激子极化激元（Exciton Polaritons），这种半光半物质的准粒子为调控材料的光电性质带来了新的机会。
研究团队围绕光捕获体系中有机半导体微晶中的“激子漏斗效应”，实现了具有连续可调激光波长的微激光器。
图1 大面积有机集成光子回路的可控加工
同时，研究团队提出了有机“打印光子学”功能器件和集成回路，可以像用光刻技术加工硅基材料那样，高精度地得到大面积的光学结构，解决了有机光子学材料走向集成化过程中面临的关键瓶颈问题。
2015年发布的“自然指数”（Nature Index）将这项成果作为中国科学家的代表性工作进行了介绍。
图2 基于有机微纳激光阵列的激光显示
在理论研究及器件制备的基础上，用有机材料实现激光显示的目标越来越近。
研究团队克服了传统半导体材料在同一基板上生长和图案化的困难，制备了具有像素化微激光阵列的全彩色激光显示面板。
“这项工作是基础研究的良好示范，可能会很快阐释重要的新产品。”国际评估专家评价。
“当前，一个难度系数超高的问题仍未解决。”
赵永生表示，“有机纳米材料只能通过激光激发后才能发射激光，这限制了其真正大规模应用。”
有机电泵浦激光是几十年来全世界科学家争相攻克的难题，经过该领域研究人员的共同努力，近期已经取得了关键突破。
科研人员相信，有机电泵浦激光的实现，将为这场“视觉革命”开创崭新的未来！
编辑 | 赵路
排版 | 志海 郭刚
