具有核壳镧系元素纳米粒子的卤化铅钙钛矿中的上转换近红外光检测

在JST战略基础研究计划PRESTO下，帝京科学大学副教授AyumiIshii及其团队成员利用一种可将弱近红外光转换为可见光的材料开发了一种新型近红外光传感器。

近红外光在日常生活中有着广泛的应用，例如红外相机(夜视相机)、红外通信(无线通信)、光纤通信、远程控制和生物认证。近红外区微弱光的探测和灵敏度的提高对于光通信技术、医学诊断、环境监测等领域的进步是不可或缺的。

具有900–1700nm最佳吸收带的化合物半导体(例如InGaAs)用于检测近红外区域的光。然而，这些系统由于涉及使用稀有金属的复杂制造过程而昂贵，并且受到噪声干扰的限制。此外，此类半导体不具备可与使用硅(Si)和其他化合物实现的可见光检测精度相媲美的可见光检测精度。

该研究团队开发了基于核壳镧系元素的上转换纳米粒子，可以将微弱的近红外光高效转换为可见光。此外，通过开发将这些纳米粒子与响应可见光的无机半导体材料(卤化铅钙钛矿)结合的近红外光电探测器(光电二极管)，他们成功地将难以探测的弱近红外光转换为电信号效率为75%。

换句话说，通过使用新颖、廉价且简单的方法将被认为难以以高灵敏度检测的近红外光转换为可以使用现有技术和材料高精度检测的可见光，该团队实现了弱近红外光探测效率的大幅提升。

该成果推动了利用纳米材料将低能量近红外光转化为高能量可见光的新型资源节能型近红外光检测方法的提出。该技术可将即使在太阳光下也难以检测和利用的近红外线区域的微弱光转换为可见光，从而显着提高光学传感器的近红外线接收灵敏度和太阳光利用效率在太阳能电池的人工光合作用等方面。

该论文发表在《高级光子学研究》杂志上。

该研究是与横滨东院大学的特聘教授TsutomuMiyasaka合作进行的。在JST战略基础研究计划PRESTO的“完全控制光子及其对新时代创造的积极利用”领域的研究项目“单光子传感设备的有机-无机混合界面的开发”中，该团队拥有旨在通过实现涉及在单光子水平上感测光的超灵敏光电探测来克服光接收、测量和成像等感测功能的限制。

通过采用有机和无机材料在界面融合的材料化学方法，本研究旨在开发多功能和高灵敏度的光电探测器，可以提供与光的各个方面(例如，波长和各向异性(偏振))相关的信息，以在单光子水平上的最大可能范围。