近日，华南理工大学发光材料与器件国家重点实验室周博教授团队在上转换发光颜色动力学调控上取得新进展，相关成果以“Manipulating energy migration in nanoparticles toward tunable photochromic upconversion”为题发表在国际著名期刊Nat. Commun.上。今天小卓为大家分享该研究成果，希望对您的科学研究或工业应用带来一些灵感和启发。
应用方向：光色可调上转换、能量迁移、逻辑运算、信息安全
稀土上转换发光材料表现出优异的发光学性质，在诸多前沿领域表现出巨大的应用潜力。近期研究发现，能量迁移过程设计在上转换发光调控方面具有独特优势。然而，对于典型的敏化剂/激活剂共掺材料体系而言，能量迁移的发生及其与能量传递等其他过程的竞争关系尚未得到深入研究。而且能量迁移在时间尺度上会与其他过程同时发生，导致普通方法或材料设计难以将其区分并挑选出来。因此，如何获得能量迁移的规律以及实现对上转换发光颜色动力学调控是稀土发光领域的一项挑战性课题。
近日，华南理工大学发光材料与器件国家重点实验室周博教授团队提出了一种研究微观尺度能量迁移过程的新策略。通过构建界面能量传递IET（Interfacial Energy Transfer）调控的核壳纳米结构和能量输运过程设计，成功观测到敏化剂/激活剂共掺上转换体系的能量迁移特性，并通过定义特征参量（γEM）描述了能量迁移和能量传递的竞争。该模型以常规的NaYF4:Yb/Er作为研究对象，以NaYF4:Nd为吸收808 nm敏化光的壳层，通过设计NaYF4:Yb/Tm探测能量迁移。Tm3+的发光变化反映了NaYF4:Yb/Er中间层里Yb3+→Yb3+能量迁移和Yb3+→Er3+能量传递的竞争关系，并进一步采用蒙特卡洛模拟验证了实验结论。此外，该模型通过时域调控可进一步实现上转换光色调控。本研究促进了上转换动力学过程的深入理解，为操控纳米结构中的能量输运和调控发光颜色提供了新方法，在逻辑运算和信息安全等方面展示出应用潜力。
图1：能量输运研究的概念模型
图2：敏化剂/激活剂共掺体系中能量迁移研究
图3：非稳态激发光色调控
图4：前沿应用
本文通过IET介导的纳米核壳结构设计研究了能量迁移和能量传递的竞争过程。敏化剂/激活剂共掺体系中存在能量迁移和能量传递的激烈竞争，可通过掺杂浓度、壳层厚度和结构设计等精细调控动力学过程，为上转换光色时域调控提供了重要方法。本文的研究结果有助于推动纳米尺度光物理过程的基础研究，对于研发下一代非线性光电器件具有重要借鉴意义。
关于此文章的更多细节请点击以下原文链接：
https://www.nature.com/articles/s41467-024-55258-y
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本文中稳态瞬态上转换光谱测试使用卓立汉光公司的OmniFluo990稳态瞬态荧光光谱测试得到，激发光源为980、808、 1530 nm激光器。OmniFluo990为模块化搭建结构，通过搭配不同的光源、检测器和各类附件，为紫外/可见/近红外发光测试提供综合解决方案，也为稀土上转换材料的光色时域调控研究提供有利工具。
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作者简介
周博，男，华南理工大学教授、博士生导师，国家级人才计划入选者。课题组致力于稀土发光应用基础研究，在上转换发光物理机制、多光子过程调控、微观尺度离子相互作用、智能发光材料设计、光子器件等方面取得系列创新性成果，迄今以第一作者/通讯作者在 Nat. Photon.、Nat. Nanotech.、Nat. Commun.、Adv. Mater.、Angew. Chem. Int. Ed.、Nano Lett.、Chem. Soc. Rev.等著名期刊发表SCI收录论文80余篇，在国内外学术会议做大会/主题/邀请报告40余次，主持国家自然科学基金等多项。
课题组2025年度在无机发光材料、非线性光学等相关方向诚聘博士后，在发光机理探索、纳米材料可控合成、生物/光电应用、激光、二维光电材料等方向有经验者优先考虑，同时欢迎有志青年报考博士/硕士研究生。
详情请联系周老师：zhoubo@scut.edu.cn
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