金屬鹵化物鈣鈦礦半導體因其獨特的光學和電學性能而成為近年來的研究熱點。通過調(diào)整鹵素組分即可實現(xiàn)從藍到紅全波段可調(diào)的發(fā)光，是鈣鈦礦半導體展現(xiàn)出巨大應用前景的重要因素之一。然而，藍色和紅色發(fā)光通常需要在混合鹵素鈣鈦礦中獲得，混合鹵化物鈣鈦礦存在相分離，導致穩(wěn)定性差，限制了其實際應用。因此，在單一鹵素鈣鈦礦中實現(xiàn)多色發(fā)光，從而避免相分離具有十分重要的意義，但這仍然存在巨大的挑戰(zhàn)。

最近，我校計電院甘志星、狄云松、劉慈慧、邢芳儉等與澳大利亞斯威本科技大學文小明、皇家墨爾本理工大學賈寶華等合作，通過對半導體電子維度、輻射復合缺陷態(tài)、稀土離子摻雜綜合設計，在單一鹵素Cs-Pb-Br鈣鈦礦中實現(xiàn)了紅綠藍三基色發(fā)光。他們用一種非常簡單、條件溫和的溶劑法制備了零維Cs4PbBr6/三維CsPbBr3/Eu-MOFs的復合結(jié)構(gòu)，在這種復合結(jié)構(gòu)中只含有Br一種鹵素。該復合結(jié)構(gòu)在365 nm和254 nm的紫外光激發(fā)下，分別呈現(xiàn)出藍色和紅色發(fā)光。而長時間的紫外光照射可以誘導該復合物的藍色熒光不可逆地轉(zhuǎn)變?yōu)榫G色。因此，在這種復合結(jié)構(gòu)中，可以通過激發(fā)波長選擇或經(jīng)過一定的光處理獲得紅綠藍三基色發(fā)光。這三種顏色發(fā)光的量子效率分別可以達到64.28%、26.83%、10.81%。基于光譜分析、對比實驗和理論計算，該研究揭示了藍光發(fā)光主要源于零維Cs4PbBr6輻射復合缺陷態(tài)，綠色發(fā)光是由三維CsPbBr3激子復合產(chǎn)生的，紅色發(fā)光主要源于Eu5D0→7FJ的躍遷。光照下產(chǎn)生的活性自由基能修復缺陷態(tài)，且空氣中存在零維Cs4PbBr6到三維CsPbBr3的相轉(zhuǎn)變，因此，持續(xù)紫外光照會導致藍色熒光不可逆地轉(zhuǎn)變?yōu)榫G色。這種光誘導的轉(zhuǎn)變過程為激光加工、激光密寫提供了新原理，該研究展示了通過激光直寫可以形成不同的熒光圖案，并且這些熒光圖案在不同波長激發(fā)下呈現(xiàn)出不同顏色，在熒光防偽方面具有重要的應用前景。該研究還發(fā)現(xiàn)，通過有機聚合物的包裹可以阻隔缺陷修復和相轉(zhuǎn)變，避免藍光到綠光的轉(zhuǎn)變，從而獲得穩(wěn)定的藍光發(fā)光。基于此，他們獲得了穩(wěn)定的三基色LED器件，LED發(fā)光顏色覆蓋了95.9%的NTSC色域。

相關(guān)結(jié)果以“Tunable multicolor fluorescence of perovskite-based composites for optical steganography and light-emitting devices”為題發(fā)表在《Research》（IF：11.036）。南京師范大學碩士研究生馬克偉是該論文的第一作者。《Research》是中國科協(xié)與美國科學促進會于2018年共同創(chuàng)辦的定位為國際化、高影響力、世界一流水平的綜合性科技期刊，是美國《Science》自1880年創(chuàng)刊以來第一本合作期刊，主要展示全球突破性科研成果，發(fā)布交叉學科熱點領(lǐng)域的最新突破性科研進展。