1.54μm 近紅外電致發(fā)光在光通信、生物成像、夜視系統(tǒng)及深組織活體成像等領(lǐng)域具有不可替代的戰(zhàn)略價(jià)值。該波段與光纖通信 C 波段(1520–1560 nm)高度吻合，兼具人眼安全性和生物組織低吸收、低散射特性。然而，基于稀土摻雜鈣鈦礦量子點(diǎn)(PQDs)的1.54 μm 電致發(fā)光器件長(zhǎng)期受限于 Er³?本征發(fā)射弱、Yb³?→Er³? 能量傳遞效率低以及表面缺陷誘導(dǎo)的非輻射復(fù)合等瓶頸問題，器件效率與工作穩(wěn)定性難以兼顧。如何在原子尺度上協(xié)同優(yōu)化鈣鈦礦基質(zhì)的體相晶格環(huán)境與量子點(diǎn)表面態(tài)，成為該領(lǐng)域亟待突破的關(guān)鍵科學(xué)問題。
 

　　針對(duì)上述挑戰(zhàn)，研究團(tuán)隊(duì)提出了一種“體相—表面協(xié)同重構(gòu)”策略，系統(tǒng)解決了稀土摻雜鈣鈦礦量子點(diǎn)中能量傳遞效率低與表面缺陷復(fù)合嚴(yán)重的雙重難題。在體相晶格內(nèi)部，研究團(tuán)隊(duì)通過引入Na?填充Pb空位并擾動(dòng)局域晶體場(chǎng)對(duì)稱性，有效抑制了非輻射衰減通道，同時(shí)使 Er³?和Yb³?的輻射躍遷速率分別提升7.83倍和3.30倍。Yb³?到Er³?的能量傳遞效率由15%大幅提升至56.6%，基質(zhì)到稀土離子的能量傳遞效率由22%躍升至78%。在量子點(diǎn)表面，研究團(tuán)隊(duì)利用三氟甲磺酸根(OTF)的 Lewis 堿特性，通過強(qiáng)配位作用鈍化鹵素空位和欠配位 Pb 缺陷，將1.54μm 處的光致發(fā)光量子產(chǎn)率(PLQY)提升至45%，為目前稀土摻雜鈣鈦礦薄膜的水平?；谏鲜鲶w相與表面的協(xié)同優(yōu)化，研究團(tuán)隊(duì)制備的1.54μm 近紅外鈣鈦礦發(fā)光二極管實(shí)現(xiàn)了3.27%的外量子效率(EQE)、2.031 mW sr?¹ cm?²的峰值輻射亮度，以及超過120分鐘的工作半衰期(T??)。其中，EQE 和輻射亮度均為基于鉛基鈣鈦礦的1.54μm近紅外LED 的創(chuàng)紀(jì)錄性能指標(biāo)，器件工作壽命較此前報(bào)道的稀土摻雜鉛基鈣鈦礦近紅外發(fā)光器件提升兩倍以上。該工作不僅揭示了 Na?體相調(diào)控與 OTF 表面鈍化在抑制缺陷、重塑能量傳遞路徑方面的協(xié)同物理機(jī)制，也為低成本、硅兼容的光通信及集成光子學(xué)近紅外光源的發(fā)展提供了全新范式。
 

　　本工作得到了國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃“納米前沿”重點(diǎn)專項(xiàng)(批準(zhǔn)號(hào)：2024YFA1209501，2024YFA1209502)、國(guó)家自然科學(xué)基金原創(chuàng)探索計(jì)劃項(xiàng)目(批準(zhǔn)號(hào)：62350054)、國(guó)家自然科學(xué)基金(批準(zhǔn)號(hào)：12374379)等項(xiàng)目的支持。
 

　　引用：理學(xué)院物理系宋宏偉課題組在《ACS Energy Letters》上發(fā)表鈣鈦礦量子點(diǎn)近紅外發(fā)光的研究成果-上海大學(xué)【引用時(shí)間：2026年10月4日】