英文原题：Emerging Advances in Lanthanide Photon Avalanche Nanophotonics
通讯作者：梁亮亮，厦门大学
作者：Chang Liu (刘畅) ，Xuanze Zhang (张宣泽) ，Xuan Chen (陈璇)
背景介绍
镧系元素掺杂的光子雪崩纳米光子学是非线性光学和纳米材料领域的全新研究方向，因其独特的光学机制和应用潜力受到广泛关注。光子雪崩上转换借助激发态吸收和能量传递交叉弛豫形成的正反馈回路，在材料在高于某一阈值光强后，能够产生剧烈的非线性光学响应，展现出对微弱光信号极为敏感的响应能力。随着纳米光子学的不断发展，基于镧系元素掺杂的纳米颗粒正在成为光子雪崩上转换研究的重点，为实现低阈值、高效率的非线性光学应用提供了可能性。未来，这一领域有望在基础光学研究和应用技术开发中发挥更大作用，推动包括超分辨光学成像与高灵敏度传感在内的多领域技术革新。
文章亮点
近日，厦门大学梁亮亮教授在Nano Letters上发表了镧系元素掺杂的光子雪崩纳米光子学前沿进展的综述文章。作者团队概述了光子雪崩上转换的核心机制与能量调控方法，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。
图1. 镧系光子雪崩纳米颗粒的能量传递机制及发光动力学数值模拟。
光子雪崩上转换在应用领域表现出巨大潜力。在超分辨成像方面，光子雪崩纳米颗粒以其极高的光学非线性可显著压缩点扩散函数，从而可借助极其简单低成本的光学系统实现数十纳米的单颗粒/细胞标记超分辨荧光成像。此外，光子雪崩纳米颗粒表现出对外界多物理场和化学微扰的极高灵敏性，使其在多种传感技术中展现出巨大应用前景。
图2. 光子雪崩纳米颗粒在超分辨成像领域的前沿应用
图3. 光子雪崩纳米颗粒在超灵敏传感领域的前沿应用
总结/展望
本综述全面阐述了镧系元素掺杂的光子雪崩纳米光子学的发展现状及前沿进展，这些技术在光学成像、传感等领域展现出巨大潜力。然而，光子雪崩纳米颗粒的大规模应用仍面临挑战，如较高的激发功率阈值、激发功率波动引入的不稳定发光等。未来研究将聚焦于提高光子雪崩纳米颗粒的光学非线性、降低其功率阈值，并探索其与其他学科的交叉融合与复合应用。此外，人工智能、深度学习等新兴技术的突破有望推动光子雪崩光子学迈向全新高度，为光子雪崩纳米颗粒的设计提供全新的解决方案。
相关论文发表在Nano Letters上，厦门大学博士研究生刘畅、硕士研究生张宣泽为文章的共同第一作者，梁亮亮教授为通讯作者。
通讯作者信息：
梁亮亮 教授
梁亮亮，厦门大学教授。研究方向为基于稀土发光动力学的高性能稀土光学功能材料探索及其在超分辨荧光成像与传感等前沿纳米光子学领域的应用。
扫描二维码阅读英文原文
Nano Lett. 2024, ASAP
Publication Date: November 22, 2024
https://doi.org/10.1021/acs.nanolett.4c04524
Copyright © 2024 American Chemical Society
Editor-in-Chief
Teri W. Odom
Northwestern University
Nano Letters 旨在快速发布纳米科学和纳米技术领域基础研究、应用和新型研究成果。符合Nano Letters收录范围的文章应至少有两个不同领域或学科的融合。
2-Year Impact Factor
CiteScore
Time to First Peer Review Decision
9.6
16.8
29.1
