천연 토마토 라이코펜의 놀라운 비선형 광학 특성

Jun 05, 2023

Scientific Reports 12권, 기사 번호: 9078(2022) 이 기사 인용

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새로운 비선형 광학(NLO) 물질 개발에 대한 새로운 관심에 맞춰 천연 리코펜의 NLO 특성이 과학 문헌에서 처음으로 보고되었습니다. 1-D 공액 π-전자 선형 구조와 관련하여, 천연 리코펜은 조사된 천연 식물 화합물 중 가장 큰 값인 2.65 10−6 esu만큼 상당히 높은 3차 비선형성 χ(3)을 나타내는 것으로 나타났습니다. β-카로틴을 포함하여 멀리. 포화 흡수 외에도 리코펜에서 관찰된 자체 초점 흐림 효과는 열적 비선형성의 결과인 것으로 보입니다. 가시광선 스펙트럼 범위에서 관찰된 형광과 결합된 비선형 반응은 잠재적인 광역학 치료 응용뿐만 아니라 새로운 하이브리드 리코펜 기반 NLO 나노 물질의 엔지니어링 가능성을 나타냅니다.

비선형 광학(NLO) 재료는 새로운 NLO 재료를 발견하기 위한 지속적인 집중 연구에도 불구하고 지난 20년 동안 점진적으로 발전해 왔습니다1,2,3. 새로운 NLO 재료에 대한 이러한 연구는 특히 논리 시스템, 모든 광 스위칭, 주파수 변환, 광 증폭, 광 쌍 안정성, 모든 광 스위칭 등 ICT 관련 기술 포토닉스 응용 분야의 압박에 의해 주도됩니다. 또한 NLO 소재는 다양한 현대 ICT 기술의 에너지 소비 감소, 속도 향상 및 대역폭 문제를 해결하기 위한 고속 정보 처리의 중요한 역할에 따라 중추적인 역할을 했습니다.

NLO 재료는 상당히 큰 2차 또는 3차 광학 민감도 χ(2) 또는 χ(3)을 나타냅니다. 무기계와 유기계를 구분할 수 있습니다. 무기물 중 베타바륨붕산염(BaB2O4), 티탄산바륨(BaTiO3), 니오브산리튬(LiNbO3), KH2PO3(KDP), 탄탈산리튬(LiTaO3), 니오브산칼륨(KNbO3)은 χ(2) 광스위칭 및 주파수 배가 물질이다. 수십 년 동안 연구되어 온 것입니다. 유기물 중에는 염료, 디메틸아미노 니트로스틸벤, 메틸 니트로아날린, 폴리-BCMU, 폴리디아세틸렌 및 요소4를 포함한 χ(3) 및 χ(2) 유기 물질이 많이 있습니다. 본질적으로 사슬이기 때문에 많은 유기 분자는 쉽게 분극화될 수 있으므로 더 높은 수준의 민감성을 나타냅니다. 유기 물질의 분극성은 종종 방향족 고리의 C-C 결합에서 비편재화된 π-전자의 이동성에 의해 향상됩니다. 마찬가지로, 하이브리드 NLO 재료는 강한 여기 상태 흡수를 나타내는 금속-프탈로시아닌과 같은 유기 및 무기 성분을 결합하여 설계되었습니다.

최초의 유기 NLO 물질 중에서 처음에는 천연 화합물에서 파생된 쿠마린(Coumarin)을 선택할 수 있습니다. 통카빈7. Coumarin 천연 염료 계열은 조정 가능한 레이저 소스의 첫 번째 시리즈의 기원이 되었습니다. 염료 레이저 소스. 그러나 쿠마린 분자는 비형광성이므로 다른 위치에 작용기가 치환되면 강렬한 형광 특성을 나타냅니다. 쿠마린 외에도 천연 클로로필을 포함한 여러 천연 화합물이 VIS 및 IR 스펙트럼 범위에서 중요한 NLO 반응을 나타내는 것으로 밝혀졌습니다8,9,10,11.

이전에 언급한 바와 같이, 반도체 폴리머와 같은 공액 준 1-D π-전자 시스템은 향상된 3차 NLO 응답을 나타내는 것으로 나타났습니다. 따라서 토마토 열매에서 추출한 리코펜은 이러한 1차원 π-전자 전자 구조를 갖고 있으므로(그림 1), χ(3) 반응도 나타내야 합니다. 실제로 토마토 천연 추출물의 리코펜은 C40H56의 화학적 조성을 지닌 8개의 이소프렌 분자로 구성된 테르펜입니다. 토마토의 리코펜은 π-전자 공액 탄소 사슬 긴 분자입니다(그림 1). 대형 카로티노이드 계열의 경우와 마찬가지로 이러한 분자의 골격은 탄소 단일 결합과 이중 결합이 교대로 구성되어 있습니다12. 보다 정확하게는 리코펜은 백본을 따라 11개의 공액 탄소 이중 결합, 2개의 비공액 이중 결합을 가지며 말단 그룹은 없습니다(그림 1).