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中国科学院福建物质结构研究所实现Nd3+纳秒级室温上转换超荧光

发布时间:2025-04-11    |  【  大    中    小  】  |  【 打印 】 【 关闭 】

超荧光属于量子光学范畴,在量子计算、量子通讯等前沿领域具有广泛的应用前景。传统超荧光需要在低温、低压和强磁场等极端条件下实现。得益于稀土离子的窄线宽和退相干时间长的优点,近期,研究人员在室温下观测到了Nd3+的上转换超荧光。然而,由于参与相干耦合的粒子数低,超荧光发射强度和荧光寿命还无法满足实际应用要求。

图片

图5. NaYF4:Nd3+@NaYF4纳米晶超快上转换超荧光(Nat. Commun. 2024, 15, 9880)
中国科学院福建物质结构研究所陈学元团队基于自行研制的纳米光子学测试系统,首次在NaYF4:Nd3+@NaYF4核壳结构纳米晶中观测到Nd3+荧光寿命仅为2.5 ns的室温上转换超荧光(图1)。其中,参与相干耦合的粒子数高达912,是目前文献报道的超荧光材料最高值。与常规上转换发光相比,Nd3+上转换超荧光的辐射跃迁速率提升了三个数量级。此外,团队还揭示了Nd3+超荧光初始量子阶段激发态粒子相干耦合与超荧光延迟特征的内在关联,通过调节辐射体的有效辐射长度,还观测到Nd3+上转换超荧光的激发态弛豫振荡现象(Burnham-Chiao ringing),并实现对它的调控。
该工作突破了稀土离子f → f禁戒跃迁发光效率低、荧光寿命长的局限性,为新型超快、高亮稀土上转换纳米发光材料的设计合成及其在量子光学、快速超分辨成像等前沿领域的应用开发提供了新途径。

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