近日，陜西師范大學(xué)物理學(xué)與信息技術(shù)學(xué)院鄭海榮教授和張正龍教授帶領(lǐng)的納米光學(xué)團(tuán)隊在國際著名科研期刊《自然·光子學(xué)》（Nature Photonics）發(fā)表了題為“稀土離子的亞50納秒超快上轉(zhuǎn)換發(fā)光”（Sub-50-ns ultrafast upconversion luminescence of a rare-earth-doped nanoparticle）的文章，文章介紹了該團(tuán)隊在納米光學(xué)和稀土發(fā)光領(lǐng)域取得的重大突破。陜西師范大學(xué)為第一且唯一通訊單位，物理學(xué)與信息技術(shù)學(xué)院光學(xué)專業(yè)碩博連讀研究生陳環(huán)同學(xué)為第一作者，張正龍教授和鄭海榮教授為共同通訊作者。

該項(xiàng)研究工作利用等離激元傾斜納米光腔，首次將稀土離子f-f電子躍遷的熒光發(fā)射壽命從之前報道的微秒量級壓縮至50納秒以內(nèi)，并獲得了三個數(shù)量級的量子產(chǎn)率增強(qiáng)。同時，借助等離激元傾斜納米腔的非對稱結(jié)構(gòu)以及手性光子局域態(tài)密度增強(qiáng)，發(fā)現(xiàn)了遠(yuǎn)場定向發(fā)射及可調(diào)手性上轉(zhuǎn)換發(fā)光等新現(xiàn)象。

稀土離子的熒光發(fā)射被廣泛應(yīng)用于高品質(zhì)顯示、量子存儲、生物成像等領(lǐng)域。但由于其熒光發(fā)射壽命較長（微秒到毫秒量級），限制了其眾多優(yōu)異性能的發(fā)揮，難以滿足光互連和量子通信高頻操控的需求。如何將稀土離子發(fā)光壽命壓縮到與量子點(diǎn)及有機(jī)分子等發(fā)光材料可比擬的納秒量級，是目前國際上稀土離子發(fā)光領(lǐng)域研究者努力解決的重要科學(xué)問題。鄭海榮教授和張正龍教授團(tuán)隊，基于等離激元光子學(xué)和稀土摻雜發(fā)光學(xué)方面的研究積累，設(shè)計了一種新型納米光腔耦合稀土摻雜納米顆粒體系，實(shí)現(xiàn)了將稀土離子熒光發(fā)射壽命壓縮至納秒級的重要突破。研究結(jié)果對拓展稀土摻雜發(fā)光體系在新一代納米光子器件上的應(yīng)用，推動相干單光子源、量子通信和納米激光器的發(fā)展等具有重要作用。

責(zé)任編輯：張言