清華大學深圳國際研究生院韓三陽副教授團隊與合作者，為稀土納米晶設計了一件獨特的「能量轉換外衣」，將能量高效傳遞給稀土納米晶的有機分子界面，為解決電致發光器件中的研究和應用難題帶來了新的突破口。北京時間11月20日零時，該項成果以「捕獲電生激子實現可調諧的稀土納米晶電致發光」為題，在線發表於《自然》（Nature）期刊。這是清華深圳國際研究生院今年發表的第5篇《自然》成果。
稀土納米晶是發光材料中的「絕緣寶石」，雖具有巨大的發光潛力，卻因自身局限無法被電流直接「點亮」，成為其實現光電技術產業化應用的根本瓶頸。「就像人在『穿著棉襖跑步』。」韓三陽解釋道，稀土材料的絕緣特性使電流難以注入和傳輸其中，因此其無法像半導體材料那樣被電流直接高效點亮。這個「電流驅動」的根本瓶頸始終難以突破，嚴重阻礙了稀土材料在現代光電技術中的研究和應用。
針對這一根本性難題，韓三陽團隊與黑龍江大學許輝、韓春苗教授團隊、新加坡國立大學劉小鋼院士團隊聯合攻關，創新性地通過表面修飾為鑭系摻雜納米晶穿上「能量轉換外衣」，採用有機－無機雜化策略，精確調控能級結構，藉助配體工程將激子能量高效分配給鑭系離子發光體，成功解決了電致發光中激子產生、輸運和注入的核心難題，實現了高色純度、光譜可調的高效電致發光。
圖說：共同通訊作者韓三陽（左）與其學生、共同一作張鵬
「這項成果的意義在於，我們不僅讓稀土材料『通上了電』，更打開了其在現代光電技術中應用的大門。」韓三陽介紹道，多個實驗結果顯示，這種配體功能化納米晶體平台在多種波段電致發光方面具備潛力，特別是在高解析度、寬色域顯示以及近紅外技術中，無需大幅改動器件結構，僅通過調控稀土離子，即可實現多色發光。
這項成果不僅能助力推動稀土發光在柔性顯示、近紅外器件等領域的應用，突破國產光電技術，未來有望進一步應用到人體健康監測、無創檢測，乃至開拓農作物補光技術等場景中。
供圖/清華大學
文/北京青年報記者 雷嘉
編輯/李濤
