近日，陕西师范大学物理学与信息技术学院郑海荣教授和张正龙教授带领的纳米光学团队在国际著名科研期刊《自然·光子学》（Nature Photonics）发表了题为“稀土离子的亚50纳秒超快上转换发光”（Sub-50-ns ultrafast upconversion luminescence of a rare-earth-doped nanoparticle）的文章，文章介绍了该团队在纳米光学和稀土发光领域取得的重大突破，该成果被选为Nature Photonics2022年9月期的封面文章。（陕西师范为第一且唯一通讯单位，物理学与信息技术学院光学专业硕博连读研究生陈环同学为第一作者，张正龙教授和郑海荣教授为共同通讯作者。）

该项研究工作利用等离激元倾斜纳米光腔，首次将稀土离子f-f电子跃迁的荧光发射寿命从之前报道的微秒量级压缩至50纳秒以内，并获得了三个数量级的量子产率增强。同时，借助等离激元倾斜纳米腔的非对称结构以及手性光子局域态密度增强，发现了远场定向发射及可调手性上转换发光等新现象。

稀土离子的荧光发射被广泛应用于高品质显示、量子存储、生物成像等领域。但由于其荧光发射寿命较长（微秒到毫秒量级），限制了其众多优异性能的发挥，难以满足光互连和量子通信高频操控的需求。如何将稀土离子发光寿命压缩到与量子点及有机分子等发光材料可比拟的纳秒量级，是目前国际上稀土离子发光领域研究者努力解决的重要科学问题。近年来，国内外许多研究者致力于压缩稀土离子发光寿命研究，但一直未能达到纳秒量级。郑海荣教授和张正龙教授团队，基于在等离激元光子学和稀土掺杂发光学方面的研究积累，设计了一种新型纳米光腔耦合稀土掺杂纳米颗粒体系，实现了将稀土离子荧光发射寿命压缩至纳秒级的重要突破。研究结果对拓展稀土掺杂发光体系在新一代纳米光子器件上的应用，推动相干单光子源、量子通信和纳米激光器的发展等具有重要作用。