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基于细菌视紫红质光致变色特性的原型器件研究

冯晓强  
【摘要】: 细菌视紫红质(简称菌紫质或BR)是嗜盐菌的紫膜中唯一的蛋白质,在光照条件下,菌紫质会发生光化学反应,经历一系列中间产物后又返回到初始态—基态。其中,经基因修饰过的变种材料D96N的M中间态和M1B的P中间态在室温下有很好的稳定性,特别是M1B中的P态其稳定性达数年之久。细菌视紫红质的某些性质可通过基因工程或化学方法来修饰,以获得期望的性能。基于菌紫质的优良光学特性,我们开展了BR的光存储、光逻辑、光开关及反像器等器件的原型研究工作。研究了不同BR材料B态、M态和P态的光学特性;并利用B态和M态及B态和P态之间的光致变色,实现了不同存储寿命和特点的光信息存储。对信息的记录、读出和擦除分别开展了相关实验研究。利用D96N材料M态分子浓度与激发光强度的非线性关系,实现了在BR膜上的几种基本的光子逻辑操作;利用D96N激发态和基态之间的差异吸收,实现了以光控光的光子开关和光学反像器。利用近场光学显微镜研究了近场条件下细菌视紫红质的光致变色现象,证实通过近场区域内的光子操纵菌紫质分子光化学反应,有望研制出超高密度光存储器和微型光学信息处理元件。


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