近日，光電學院光電材料與器件研究院在動態熒光資訊顯示技術領域取得新進展，研究成果“Modulating Electrons Population Pathways for Time-dependent Dynamic Multicolor Display”發表在國際權威期刊Materials Horizons（2021，https://doi.org/10.1039/D1MH01405F）。該文章的第一作者為中國計量大學研究生徐瑋鑫，通訊作者為雷磊副研究員和徐時清教授，相關工作得到了浙江省自然科學基金重點專案（LZ21A040002）和國家自然科學基金面上專案（52172164）的支援。
稀土離子具有豐富的階梯狀排列能級結構，能夠產生對應於紫外到近紅外的電子躍遷，透過摻雜不同型別的稀土離子實現不同波段的發光，是一種常見的靜態顏色調控方法。為了在同一體系中獲得動態顏色變化，通常需要設計複雜的材料結構，並改變激發條件（激發波長、脈衝寬度或激發功率等）或外界環境（溫度、電場、磁場或壓力等）。本研究成果在稀土離子摻雜氟化物奈米晶體系中，利用餘輝與上轉換髮光的不同電子填充路徑，實現了僅依賴於時間的動態顏色調控。
在980nm激發條件下，Yb/Er:Na3HfF7奈米晶因顯著的交叉弛豫過程（4F7/2 + 4I11/2 → 4F9/2）而呈現單譜帶上轉換紅光，然而該體系在X射線激發條件下產生明亮的綠光閃爍效能。與之類似，Yb/Tm:Na3HfF7奈米晶具有單譜帶近紅外上轉換髮光與X射線激發的藍光閃爍效能。在980nm近紅外光激發條件下，啟用離子的激發態能級從低能級至高能級被逐步填充，交叉弛豫過程的影響較大，而在X射線激發條件下，大量的二次電子能夠有效填充啟用離子的多重激發態能級，交叉弛豫過程的影響較小，使得同一啟用離子在980nm近紅外光與X光激發條件下輸出不同的熒光效能。此外，由於四方相Na3HfF7自身的低對稱性以及異價離子摻雜產生的晶格畸變，使得稀土離子產生明顯的能級劈裂，在X射線激發條件下獲得了從紫外到近紅外的多重躍遷譜線，為室溫條件下研究稀土離子的精細結構提供了一種新的方法。
圖2 （a）結合餘輝與上轉換髮光實現動態顏色調控的過程示意圖；（b）在有無980nm激發條件下的動態變化圖案。
Na3HfF7: 2Yb/6Er 奈米晶在X射線激發條件下能夠產生明亮的綠色餘輝，與紅色上轉換髮光具有顯著的區別，由於餘輝強度隨著時間的變化逐漸減弱，同時上轉換髮光強度在固定功率激發條件下保持不變，因此透過結合餘輝與上轉換髮光的方法，能夠獲得依賴於時間的動態顏色變化。利用含有奈米晶的墨水打印出設計好的圖案，並將其在X射線條件下輻照5分鐘，此時可觀察到明亮的綠色圖案。在合適功率的980nm激發條件下，該圖案從綠色逐漸轉變為紅色，這種動態顏色變化過程僅依賴於時間，不需要額外改變任何引數，在多模成像、資訊儲存、動態顯示以及熒光防偽等領域具有很好的應用前景。
文案 | 光學與電子科技學院 葉仁廣
