近日，物理學院發光與顯示團隊楊艷民教授研究組與浙江大學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的長余輝發光機制，認為帶間充能過程中等電子陷阱束縛激子起到重要作用，成功設計實現了Gd³⁺的超長余輝發射，相關工作“Mechanism of the trivalent lanthanides’ persistent luminescence in wide bandgap materials”以河北大學為第一單位發表在Light: Science & Applications, 2022, 11, 51。物理學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。

長余輝發光材料已被廣泛應用于夜光顯示、照明、安全標識、生物成像等領域。然而，長余輝發光的基本物理機理至今依然眾說紛紜，存在普遍爭議，這導致長余輝材料的開發依然沿用炒菜式的試錯法。該項工作提出了三價稀土離子摻雜的寬帶隙基質的長余輝發光機制。帶間充能使價帶電子被激發到導帶，高帶隙基質中導帶的電子和價帶的空穴相互吸引形成常溫下穩定的激子，激子也可能參與能量傳遞過程。獲得的數據表明激子能夠把能量傳遞給發光中心并產生光發射。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外，還與替代陽離子以及配位陰離子的特性有關。Er³⁺、Nd³⁺、Ho³⁺和Gd³⁺不易產生余輝的原因是它們自身電子排布導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現了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計，也適用于過渡族甚至于主族元素的余輝發射性質預測，從而為設計新型長余輝材料提供理論依據。

《Light: Science & Applications》是國際光學頂尖期刊，主要報道光學及相關領域內的重要研究進展。以上工作得到國家自然科學基金委、河北省自然科學基金委、河北大學高層次引進人才項目和河北大學物理學院公共測試中心的大力支持。

文獻鏈接：https://www.nature.com/articles/s41377-022-00736-5

（物理學院、科學技術處供稿）