近日，哈尔滨工业大学化工与化学学院陈冠英教授团队在稀土掺杂上转换发光领域研究取得突破性进展，研究成果以《尺寸依赖的镧系离子能量传递增强上转换发光量子产率》为题，发表在《自然·光子学》上，改变了科学界对稀土上转换发光尺寸效应的传统认知，为稀土掺杂发光材料设计提供全新思路。
稀土上转换纳米晶是一类新兴的反斯托克斯发光材料，广泛应用于信息安全、生物医学、微纳激光器等领域。实现高量子产率的上转换发光对稀土发光研究具有重要意义。陈冠英教授团队构建了六方相镱铥掺杂、三明治夹心结构的氟化物上转换纳米晶，运用内核和外壳层惰性材料的有效限域隔离保护，通过精准调控中间层厚度，展示了该材料上转换量子效率的尺寸依赖效应。研究团队在亚50纳米尺寸的氟化物纳米晶中获得上转换量子产率高达13%，为纳米结构上转换材料迄今为止历史最高纪录。该研究首次揭示了稀土离子在纳米晶中存在尺寸依赖的离子间长程能量传递的物理机制，不仅改变了人们长期以来对稀土离子间能量转移物理图像的概念理解，相关材料还将在相关纳米光子学和生物光子学应用中发挥重要价值。