近日，我校物理学院超快光物理基础研究团队在零维杂化金属卤化物的紫外-可见-近红外宽光谱发射方面取得重要进展，相关研究成果以 “Modulating Ultraviolet-Visible-Near Infrared Emission in Hybrid Metal Halides via ns2 Ion Doping”为题发表在Wiley著名学术期刊Advanced Materials上（论文链接：https://advanced.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202511051），并受邀作为封面报道。物理学院博士生李诚、李慧副教授和博士生汪子劭为共同第一作者，陆瑞锋教授、于洋副教授和哥本哈根大学陈俊生副教授为共同通讯作者，南京理工大学为第一完成单位。
可调谐全光谱（紫外-可见-近红外）发光材料在广色域显示和多波段光电探测等领域具有重要应用价值。传统无机铅基钙钛矿可通过卤素比例调节实现单波段发射，但因相分离和离子迁移问题导致组分精确调控困难，器件稳定性受限。相比之下，有机-无机杂化钙钛矿兼具结构可调性与优异发光特性，成为发展全光谱发光材料的理想候选体系，然而，如何克服这类材料体系紫外发光效率不足以及难以在单一材料中集成多光谱组分仍然面临挑战。
图1. a材料体系覆盖紫外-可见-近红外波段的宽光谱发射。b不同价态ns2离子掺杂的晶体发射原理示意图。c白光LED的相关参数及其光谱图。
本工作针对金属卤化物宽光谱发射材料紫外区域效率偏低、多谱段集成难度大的核心挑战，提出ns2离子掺杂与可控晶格畸变协同的设计策略。以4,4 -二氟哌啶（DFPD）为有机阳离子，成功合成一系列掺杂Sn2⁺, Pb2⁺等不同ns2离子的杂化金属卤化物荧光材料[(DFPD)2MCl4·H2O，M = Cd/Zn]。借助Jahn-Teller效应介导的晶格畸变工程，本研究阐明了适宜晶格畸变与高光致发光量子产率（PLQY）的构效关系，在单一主体基质中实现了跨越紫外-可见-近红外波段的宽带自陷激子发射。基于2% Pb掺杂的(DFPD)2CdCl4·H2O材料高效的紫外发射（PLQY：93%），进一步制备出显色指数达92.9、相关色温为6087 K的高性能白光发射器件。该材料体系在近红外成像与多级防伪领域亦展现出重要应用潜力。本研究深入揭示了Cd/Zn基杂化金属卤化物中晶格畸变与激子动力学的内在关联，为理解其光物理机制提供了基础性见解，同时为新一代宽带多功能光电子材料的设计提供了有效策略。
此外，团队另一项合作研究成果以 “A carbon-nanotube-based electron source with 0.3-eV energy spread and an unconventional time delay”为题，发表在国际著名期刊Nature Materials上（论文链接：https://www.nature.com/articles/s41563-025-02279-7）。国家纳米科学中心特别研究助理陈科、南京理工大学余超副教授和国防科技大学王小伟教授为共同第一作者，上海交通大学戴庆教授、南京理工大学陆瑞锋教授、国防科技大学戴佳钰教授、南京大学万贤纲教授以及国家纳米科学中心李驰研究员为共同通讯作者。
传统的金属尖端激光驱动电子源受限于能量展宽与脉冲宽度之间的物理权衡，通常表现为能量展宽超过1 eV、脉冲宽度达数百飞秒，难以兼顾高时间和高空间分辨率。本工作提出使用碳纳米管替代金属尖端，作为新型超快电子源材料。在本项研究中，实验团队实现了同时具备极低能散（约0.3 eV）和超短脉宽（约13飞秒）的超快电子发射，有效突破了传统超快电子源在能散与脉宽之间的瓶颈限制。
我校超快光物理基础研究团队基于含时密度泛函理论（TDDFT），提出了激光激发下碳纳米管尖端的电子延迟发射机制，该机制可显著降低因强激光场直接加速导致的能量展宽问题。理论模拟发现，在超快强激光与碳纳米管相互作用过程中，碳纳米管中激发电子随激光电场集体振荡，在每个光周期的峰值处大量汇聚于纳米管尖端，形成反向内建电场抬高尖端势垒，阻碍电子发射。当激光作用结束后，由于一维受限体系中较强的电子-电子相互作用，激发电子在碳纳米管中继续振荡，压低了碳纳米管尖端势垒，从而产生延迟电子发射现象。
图2. a碳纳米管超快电子发射示意图。b碳管和钨针尖的电子能谱对比。cTDDFT模拟碳管电子发射过程的含时电荷密度分布。
图3. Nature Materials同期亮点点评。
这一成果为构建具备亚十飞秒时间分辨和原子级空间分辨的超快电子显微镜奠定了基础，未来有望在低维纳米材料中的准粒子动力学与电子过程研究中发挥重要作用。荷兰科学家Jom Luiten教授在同期News & Views中，以“Pipe dream beam coming true”为题进行了亮点点评，认为对比现有超快电子源的能量和时间分辨率，本工作研究结果最接近海森堡不确定极限。
以上两项工作得到了国家自然科学基金、国家重点研发计划、江苏省自然科学基金和中央高校基本科研业务费专项资金的支持。
