同一发光材料通过简单改变激发条件即可获得多种不同发光输出，这种发光特性在信息加密、复杂样品多组份检测、疾病诊断和治疗等领域具有非常广阔的应用前景，因此一直是发光材料研究者努力解决的目标。然而现有材料发光能级上光子跃迁路径难以动态调控，很难获得这种在单一材料上多重激发多重发射特性。

近日，暨南大学梅青松教授和新加坡国立大学张勇教授利用稀土离子丰富的梯形能级结构，巧妙地在发光中心周围引入能量调节离子，报道了一种在同一发光颗粒上通过改变激发光波长，功率，频率等参数，调制颗粒发光性质的新方法。

图. 单个镧系活化剂离子产生多色发射的调控机理

本文要点：

（1）通过在发光中心周围引入调节离子，精确控制调节剂离子和活化剂离子之间的交叉弛豫过程，实现同一镧系发光离子在不同波长、激光功率密度和脉冲频率的激发下产生可调谐的发光。这一设计理念分别在Ho-Ce离子对交叉弛豫体系，以及Yb-Er离子对交叉弛豫体系上进行了验证，获得了Ho离子和Er离子动态可调的上转换发光特性。

图. 单颗粒多重上转换发光用于三维信息加密

（2）以信息加密为例，展示了这种同一颗粒动态可调发光特性在信息存储以及解密方面的优势。将 “UCNP”加密为使用Ho-Ce掺杂纳米颗粒打印出来的二维码图案，同时将 “JNU”一词也加密为另一个二维码图案，由Yb-Er掺杂纳米颗粒在相同位置打印出来。如图所示，打印在纸上的二维码在自然光下是不可见的，并且在使用不同的激发参数时表现出不同的发光图案。“JNU” 和“UCNP” 的编码信息只有在波长、频率、功率特定的三维组合方式（1,0,1）下激发，通过545nm和650nm滤光片才能解密。其他激发条件下的发光图案，如（1,1,1），（0,0,0）等，无法解密任何信息。因此，通过使用这种发光可变纳米粒子，极大地提高了秘密信息的加密能力。

参考文献：

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