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，提出了三價稀土離子摻雜的寬帶隙基質(zhì)的長余輝發(fā)光機(jī)制，認(rèn)為帶間充能過程中等電子陷阱束縛激子起到重要作用，成功設(shè)計實(shí)現(xiàn)了Gd³⁺的超長余輝發(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、蔡重陽等參與了本工作。

長余輝發(fā)光材料已被廣泛應(yīng)用于夜光顯示、照明、安全標(biāo)識、生物成像等領(lǐng)域。然而，長余輝發(fā)光的基本物理機(jī)理至今依然眾說紛紜，存在普遍爭議，這導(dǎo)致長余輝材料的開發(fā)依然沿用炒菜式的試錯法。該項(xiàng)工作提出了三價稀土離子摻雜的寬帶隙基質(zhì)的長余輝發(fā)光機(jī)制。帶間充能使價帶電子被激發(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。通過改變替代陽離子和配位陰離子成功實(shí)現(xiàn)了Er³⁺、Nd³⁺、Ho³⁺和Gd³⁺的超長的長余輝。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，也適用于過渡族甚至于主族元素的余輝發(fā)射性質(zhì)預(yù)測，從而為設(shè)計新型長余輝材料提供理論依據(jù)。

《Light: Science & Applications》是國際光學(xué)頂尖期刊，主要報道光學(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）