同一發光材料通過簡單改變激發條件即可獲得多種不同發光輸出，這種發光特性在信息加密、復雜樣品多組份檢測、疾病診斷和治療等領域具有非常廣闊的應用前景，因此一直是發光材料研究者努力解決的目標。然而現有材料發光能級上光子躍遷路徑難以動態調控，很難獲得這種在單一材料上多重激發多重發射特性。
近日，暨南大學梅青松教授和新加坡國立大學張勇教授利用稀土離子豐富的梯形能級結構，巧妙地在發光中心周圍引入能量調節離子，報道了一種在同一發光顆粒上通過改變激發光波長，功率，頻率等參數，調制顆粒發光性質的新方法。
圖. 單個鑭系活化劑離子產生多色發射的調控機理
本文要點：
（1）通過在發光中心周圍引入調節離子，精確控制調節劑離子和活化劑離子之間的交叉弛豫過程，實現同一鑭系發光離子在不同波長、激光功率密度和脈沖頻率的激發下產生可調諧的發光。這一設計理念分別在Ho-Ce離子對交叉弛豫體系，以及Yb-Er離子對交叉弛豫體系上進行了驗證，獲得了Ho離子和Er離子動態可調的上轉換發光特性。
圖. 單顆粒多重上轉換發光用于三維信息加密
（2）以信息加密為例，展示了這種同一顆粒動態可調發光特性在信息存儲以及解密方面的優勢。將 “UCNP”加密為使用Ho-Ce摻雜納米顆粒打印出來的二維碼圖案，同時將 “JNU”一詞也加密為另一個二維碼圖案，由Yb-Er摻雜納米顆粒在相同位置打印出來。如圖所示，打印在紙上的二維碼在自然光下是不可見的，并且在使用不同的激發參數時表現出不同的發光圖案。“JNU” 和“UCNP” 的編碼信息只有在波長、頻率、功率特定的三維組合方式（1,0,1）下激發，通過545nm和650nm濾光片才能解密。其他激發條件下的發光圖案，如（1,1,1），（0,0,0）等，無法解密任何信息。因此，通過使用這種發光可變納米粒子，極大地提高了秘密信息的加密能力。
參考文獻：
Qingsong Mei, et al, Excitation energy mediated cross-relaxation for tunable upconversion luminescence from a single lanthanide ion, Nature Communications, 2022, 13, 4741.
https://www.nature.com/articles/s41467-022-32498-4
