理学院应用物理系青年教师在传统发光材料研究领域取得系列进展

        稀土与过渡金属离子掺杂的固体发光材料及器件，是显示、照明与传感产业链的关键环节，也是现代光电产业的重要基础，其应用已覆盖生物医疗、国防安全、激光制造乃至量子信息等多个领域。近年来，理学院应用物理系青年教师聚焦稀土及过渡族金属发光材料的基础机理与长期存在的科学问题，开展系统性研究，取得系列原创进展，引起学界关注。相关成果先后发表于材料类TOP期刊Advanced Functional Materials (IF:19.926)、物理与天体物理类TOP期刊Light: Science & Applications (IF:23.4)以及化学类TOP期刊Journal of the American Chemical Society (IF:15.6)，论文第一作者均为应用物理系青年教师肖宇副教授。

一、单一基质发光材料实现超宽带可见光–近红外发射

 超宽带发射光电材料是当前发光学领域的重要研究方向，其中能够被蓝光有效激发、发射波段从可见光延伸至近红外区域的发光材料尤为稀缺。

 应用物理系研究团队基于稀土Ce³⁺向红光及近红外发射中心Mn²⁺的能量传递机制，设计开发出新型单一基质发光材料。在蓝光激发下，该材料发射光谱覆盖460 nm至880 nm，带宽超过400 nm，展现出超宽带可见光–近红外发射特性。研究团队利用该系列发光材料，成功制备出具有超宽带发射性能的荧光转换型光电器件，该器件可同时满足高品质通用照明、近红外光谱分析以及植物生长照明等多元应用需求，实现了单一发光器件的多功能集成。Adv. Funct. Mater. 2022, 32, 2109618; https://doi.org/10.1002/adfm.202109618

二、揭示稀土–过渡金属能量传递新机制，助力近红外荧光粉研发

 当前，宽带近红外发光材料的研究主要集中在过渡金属Cr³⁺。然而，由于其d–d跃迁的吸收截面较小，对光的吸收能力较弱，导致高效宽带近红外发光材料的研发面临瓶颈。

 应用物理系研究团队另辟蹊径，利用稀土Ce³⁺的高效吸收能力及其向过渡金属Mn²⁺的能量传递，从源头解决了近红外发光材料吸收弱的难题，成功研发出新型高效近红外发光材料。研究通过实验光谱学与理论计算相结合的方式，系统阐明了Mn²⁺在石榴石结构中的近红外发光机制，为理解其它Mn²⁺激活材料的近红外发光行为提供了理论支撑，也为新型近红外荧光粉的理性设计奠定了重要基础。Light-Sci Appl. 2025, 14, 194; https://doi.org/10.1038/s41377-025-01816-y

三、实现过渡金属Cr³⁺窄带近红外发射的有效调控

近红外光是诸多光学与光子学应用的基础。Cr³⁺作为一种重要的近红外发光中心，其²E → ⁴A₂跃迁所产生的窄带发射，具备长寿命且可被蓝光有效激发的特点，是激光、时间分辨光学等领域的关键激活离子。然而，Cr³⁺高效窄带近红外发射目前主要局限于远红光区域，在一定程度上限制了其应用范围。

 应用物理系研究团队成功实现了Cr³⁺窄带发射在近红外区域的量子效率达到100%。实验与理论计算共同表明，键角参数及邻近阳离子的诱导效应在调控Cr³⁺–O^2-共价相互作用中发挥着关键作用，进而影响²E能级的位置。该发现为调控Cr³⁺的激发态过程及其发光特性提供了新思路，同时也显示出Cr³⁺作为激活剂在开发可见光激发型窄带近红外发光材料方面的巨大潜力。JACS, Online；https://doi.org/10.1021/jacs.6c00117

 近年来，理学院应用物理系与物理实验中心立足物理学作为自然科学与工程技术基础学科的支撑作用，逐步形成了平台共享、项目共研、活动共办的协同机制，构建了多学科交叉、师生共创、本研一体的育人格局，为“产学研赛创”融合培养模式奠定了坚实的平台基础。