近日，柔性电子（未来技术）研究院梁亮亮教授团队全面解析了光子雪崩（Photon Avalanche，PA）现象及其在镧系元素掺杂的纳米颗粒体系中的应用潜力，为纳米光子学与材料科学的交叉研究注入了新的活力。相关成果以“Emerging Advances in Lanthanide Photon Avalanche Nanophotonics”为题发表在Nano Letters（https://doi.org/10.1021/acs.nanolett.4c04524）期刊上。

图1. 镧系光子雪崩纳米颗粒的设计策略及前沿应用

光子雪崩是一种极具潜力的非线性光学现象，其核心机制依赖于镧系稀土离子复杂的能量转移过程。通过激发态吸收和交叉弛豫等非线性动力学过程，光子雪崩展现出极高的光学非线性特性。尤其是在特定的激发光强度超过临界阈值时，发光强度会呈指数级增长，展现出巨大的光学非线性。

图2. 光子雪崩上转换在纳米颗粒中的核心机制及设计策略

该综述详细剖析了光子雪崩过程中的多光子吸收和交叉弛豫机制，揭示了能量流动在纳米材料中的复杂动力学，讨论了现有纳米尺度下的光子雪崩纳米体系的主要设计思路及特性。作者团队强调了优化光子雪崩纳米材料发光动力学的设计策略，为高性能光子雪崩纳米颗粒的开发提供了思路。在超分辨成像中，其超高的非线性使分辨率突破传统衍射极限；在超灵敏传感领域，光子雪崩对微弱光信号的极端放大能力可实现单分子或单离子的高精度检测。未来，随着新型掺杂体系的开发和动态控制策略的优化，光子雪崩有望推动更多研究领域以及下一代光学器件的发展，开启纳米光子学领域的全新时代。

图3. 光子雪崩纳米颗粒在超灵敏传感领域的前沿应用

该工作在柔性电子（未来技术）研究院梁亮亮教授的指导下完成，柔性电子（未来技术）研究院博士生研究生刘畅和硕士研究生张宣泽为论文的共同第一作者。本研究得到了国家自然科学基金项目（62288102、62375230）的资助。

论文链接：https://doi.org/10.1021/acs.nanolett.4c04524

图、文：刘畅

编辑：李雅娴

审核：安众福