近日，陜西師范大學物理學與信息技術學院鄭海榮教授和張正龍教授帶領的納米光學團隊在國際著名科研期刊《自然·光子學》（Nature Photonics）發表了題為“稀土離子的亞50納秒超快上轉換發光”（Sub-50-ns ultrafast upconversion luminescence of a rare-earth-doped nanoparticle）的文章，文章介紹了該團隊在納米光學和稀土發光領域取得的重大突破。陜西師范大學為第一且唯一通訊單位，物理學與信息技術學院光學專業碩博連讀研究生陳環同學為第一作者，張正龍教授和鄭海榮教授為共同通訊作者。

該項研究工作利用等離激元傾斜納米光腔，首次將稀土離子f-f電子躍遷的熒光發射壽命從之前報道的微秒量級壓縮至50納秒以內，并獲得了三個數量級的量子產率增強。同時，借助等離激元傾斜納米腔的非對稱結構以及手性光子局域態密度增強，發現了遠場定向發射及可調手性上轉換發光等新現象。

稀土離子的熒光發射被廣泛應用于高品質顯示、量子存儲、生物成像等領域。但由于其熒光發射壽命較長（微秒到毫秒量級），限制了其眾多優異性能的發揮，難以滿足光互連和量子通信高頻操控的需求。如何將稀土離子發光壽命壓縮到與量子點及有機分子等發光材料可比擬的納秒量級，是目前國際上稀土離子發光領域研究者努力解決的重要科學問題。鄭海榮教授和張正龍教授團隊，基于等離激元光子學和稀土摻雜發光學方面的研究積累，設計了一種新型納米光腔耦合稀土摻雜納米顆粒體系，實現了將稀土離子熒光發射壽命壓縮至納秒級的重要突破。研究結果對拓展稀土摻雜發光體系在新一代納米光子器件上的應用，推動相干單光子源、量子通信和納米激光器的發展等具有重要作用。