受激辐射（Stimulated emission, SE）是产生激光的必要条件。实现有机π共轭分子在固态下的受激辐射仍然是一个重大挑战，有机固体激光器是近年国际上的研究热点,进一步降低有机功能材料及其体系的激射阈值,是实现电泵浦有机固体激光器的重要前提条件之一。吉林大学超分子结构与材料国家重点实验室田文晶教授和徐斌教授团队和郑州大学刘英杰副教授共同报道了通过氢键共结晶策略实现分子晶体中的受激辐射，所获得的有机共晶显示出良好的放大自发辐射（ASE）性质。晶体结构分析表明，共结晶抑制了激基缔合物的形成，从而有利于ASE的产生。选择CNDSB作为主体荧光分子，对苯二酚（HQ）和2,3,5,6-四氟-1,4-苯二酚（TFHQ）作为共晶配体分子，它们分别形成两个1:1的共晶，分别为CHQ和CFHQ。发射光谱显示，相较于CNDSB晶体，CHQ和CFHQ共晶的发射光谱蓝移并且半峰宽更窄。此外，CNDSB晶体呈不规则块状，而CHQ和CFHQ具有规整的晶体形貌。同时CHQ和CFHQ的边缘发射更亮，这表明它们具有优越的光波导特性，这是产生ASE的先决条件。进一步详细研究了晶体中的分子间相互作用和堆积模式，以了解结构-性质关系。具有强π-π堆积的H聚集会阻碍SE过程。在CHQ共晶中，CNDSB分子形成了J聚集体,发生了横向位移，可以有效地减少π-π堆积；在CFHQ共晶中，CNDSB分子形成了鱼骨型堆积模式，导致π-π堆积进一步减少。增大的分子间距离和减弱的π-π堆积使CHQ和CFHQ表现出低阈值的ASE。并对共晶晶体进行了理论计算，以更深入地了解它们的发射特性，发现CHQ和CFHQ的分子轨道（MO）与单体CNDSB分子的轨道相似。总之，他们开发了一种通过共结晶实现ASE和线偏振发光的简单策略。在晶体中，配体的引入不仅稀释了主体荧光分子，还合理地调整了它们的堆积结构和光物理性质。CHQ和CFHQ的单向排列使得晶体具有优异的光波导和偏振发射性质。此外，在π-π堆积最小化的情况下，CHQ和CFHQ显示出较高的辐射跃迁速率和较大的SE截面。这些结果揭示了共晶作为增益介质的巨大潜力，通过在晶体内限制和引导光，为ASE提供理想的环境。这种共结晶策略是获得有机固体激光器的一种有前景的技术。
论文信息Boosting Stimulated Emission via a Hydrogen-Bonded Co-Crystallization Approach in Molecular CrystalsHaoxuan Ren, Jiasong Hu, Dr. Ying-Jie Liu, Prof. Yu Liu, Prof. Bin Xu, Prof. Wenjing Tian
