近日,，物理學(xué)院發(fā)光與顯示團(tuán)隊(duì)楊艷民教授研究組與浙江大學(xué)邱建榮教授研究組合作,，提出了三價(jià)稀土離子摻雜的寬帶隙基質(zhì)的長(zhǎng)余輝發(fā)光機(jī)制,，認(rèn)為帶間充能過(guò)程中等電子陷阱束縛激子起到重要作用,，成功設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了Gd³⁺的超長(zhǎng)余輝發(fā)射,，相關(guān)工作“Mechanism of the trivalent lanthanides’ persistent luminescence in wide bandgap materials”以河北大學(xué)為第一單位發(fā)表在Light: Science & Applications, 2022, 11, 51,。物理學(xué)院青年教師李磊朋博士為論文第一作者,，楊艷民教授和邱建榮教授為共同通訊作者,。研究生李天一,、胡悅,、蔡重陽(yáng)等參與了本工作。

長(zhǎng)余輝發(fā)光材料已被廣泛應(yīng)用于夜光顯示、照明,、安全標(biāo)識(shí),、生物成像等領(lǐng)域。然而,，長(zhǎng)余輝發(fā)光的基本物理機(jī)理至今依然眾說(shuō)紛紜,，存在普遍爭(zhēng)議，這導(dǎo)致長(zhǎng)余輝材料的開(kāi)發(fā)依然沿用炒菜式的試錯(cuò)法,。該項(xiàng)工作提出了三價(jià)稀土離子摻雜的寬帶隙基質(zhì)的長(zhǎng)余輝發(fā)光機(jī)制,。帶間充能使價(jià)帶電子被激發(fā)到導(dǎo)帶，高帶隙基質(zhì)中導(dǎo)帶的電子和價(jià)帶的空穴相互吸引形成常溫下穩(wěn)定的激子,，激子也可能參與能量傳遞過(guò)程,。獲得的數(shù)據(jù)表明激子能夠把能量傳遞給發(fā)光中心并產(chǎn)生光發(fā)射。本論文指出稀土離子束縛載流子的能力除了與自身電子排布有關(guān)外,，還與替代陽(yáng)離子以及配位陰離子的特性有關(guān),。Er³⁺、Nd³⁺,、Ho³⁺和Gd³⁺不易產(chǎn)生余輝的原因是它們自身電子排布導(dǎo)致的較弱的束縛載流子能力,。通過(guò)改變替代陽(yáng)離子和配位陰離子成功實(shí)現(xiàn)了Er³⁺、Nd³⁺,、Ho³⁺和Gd³⁺的超長(zhǎng)的長(zhǎng)余輝,。等電子陷阱束縛載流子模型不僅可以用于稀土離子余輝設(shè)計(jì)，也適用于過(guò)渡族甚至于主族元素的余輝發(fā)射性質(zhì)預(yù)測(cè),，從而為設(shè)計(jì)新型長(zhǎng)余輝材料提供理論依據(jù),。

《Light: Science & Applications》是國(guó)際光學(xué)頂尖期刊，主要報(bào)道光學(xué)及相關(guān)領(lǐng)域內(nèi)的重要研究進(jìn)展,。以上工作得到國(guó)家自然科學(xué)基金委,、河北省自然科學(xué)基金委、河北大學(xué)高層次引進(jìn)人才項(xiàng)目和河北大學(xué)物理學(xué)院公共測(cè)試中心的大力支持,。

文獻(xiàn)鏈接：https://www.nature.com/articles/s41377-022-00736-5

（物理學(xué)院,、科學(xué)技術(shù)處供稿）