自从上转换圆偏振发光（UC-CPL）这一概念首次提出至今，基于不同发光机制的UC-CPL已经被一一报道，受到了广泛的关注。然而目前所得到的发光不对称因子(glum)普遍较低，所以寻找一种能够提升UC-CPL的发光不对称因子，并兼具良好发光效率的方法，已经成为上转换圆偏振发光领域最重要的问题。 

 近日，国家纳米科学中心段鹏飞研究员团队发现将上转换纳米粒子（UCNPs）和钙钛矿纳米晶（CsPbBr3）分散进手性向列相液晶（N*LC）中，通过粒子间发生的能量转移过程，能够实现glum数值高达1.1的上转换圆偏振发光（图1.1）。在这个过程中，CsPbBr3的发光恰好位于光子禁带的中心，因此获得的上转换圆偏振光具有最高的glum值。更重要的是，UCNPs的发光由于处在光子禁带的边缘而被显著增强，并且能够通过辐射能量转移过程进一步增强CsPbBr3的发光。这种设计有效地克服了光子禁带中心对发光的抑制，使得CsPbBr3的上转换圆偏振发光在具备高glum值的同时还具有较强的发光强度。此外，CsPbBr3的上转换圆偏振发光和能量转移过程都能够通过电场和外力进行调控。 

图1. CsPbBr3和UCNPs在手性向列相液晶中发生辐射能量转移过程的示意图。

 首先，为了研究光子禁带对发色团发射强度的影响，他们将CsPbBr3纳米晶掺入到不同手性的手性向列相液晶中，使其发光分别位于光子禁带的不同位置。如图2所示，当CsPbBr3纳米晶的发光位于光子禁带两侧的边缘时，其发光强度会被明显增强且增幅一致。当CsPbBr3纳米晶的发光与光子禁带中心部分重合时，其发光强度会被明显抑制，但此时能够获得最强的圆偏振发光信号，其glum值为1.1。由于液晶分子对电场具有响应性，因此在施加电压后液晶分子排布会发生改变，导致手性液晶的光子禁带和CPL信号逐渐消失。证明了CsPbBr3纳米晶的圆偏振发光是由手性液晶的光子禁带造成的。 

　　图2. a) 光子禁带对CsPbBr3纳米晶发光影响的示意图；b) 手性液晶的反射光谱和CsPbBr3纳米晶的发射光谱；c) CsPbBr3纳米晶在手性液晶中的圆偏振发光光谱；d) 手性液晶中的CsPbBr3纳米晶位于不同电场下的圆偏振发光光谱；e) 手性液晶在不同电场下的反射光谱。 

 随后，将CsPbBr3纳米晶和UCNPs同时掺入至N*LC中，并将其发光分别置于光子禁带的中心和边缘（图3）。当用980 nm入射光激发时，能够同时观察到CsPbBr3纳米晶和UCNPs的上转换圆偏振发光。其中UCNPs的glum值为0.4，而位于光子禁带中心的CsPbBr3纳米晶具有更强的上转换圆偏振发光信号，其最大glum值为1.1。与UCNPs在相同N*LC中的上转换圆偏振发光信号相比，在发生辐射能量转移后，UCNPs的发光明显变弱，但其圆偏振发光的glum值几乎没有发生变化。这也证明了发色团的圆偏振发光强度是由手性液晶的光子禁带决定的。同样地，在不同强度的电场下，CsPbBr3纳米晶的上转换圆偏振发光表现出了相似的变化趋势，其强度能够被电场和外力进行调控。 

　　图3. a) CsPbBr3和UCNPs在手性液晶中发生辐射能量转移的示意图；b) CsPbBr3和UCNPs在手性向列相液晶中的上转换圆偏振发光光谱；c) CsPbBr3在不同电场下的上转换圆偏振发光光谱；d) 电场和外力调控的上转换圆偏振发光开关。 

 此外，电场和外力还能够通过调节液晶分子的排布，进而对CsPbBr3纳米晶和UCNPs在手性向列相液晶中发生的辐射能量转移过程产生影响（图4）。在施加电场前，偏光显微镜证明了手性液晶具有典型的平面织构。当用980 nm激光器激发时，能够观察到CsPbBr3纳米晶的发光，证明了存在由UCNPs到CsPbBr3纳米晶的辐射能量转移过程。施加电场后，液晶分子的排布发生了变化，造成了UCNPs的发光变弱，使得辐射能量转移过程无法进行，此时无法观察到CsPbBr3纳米晶的发光。 

图4. 电场为0 V时：a) CsPbBr3纳米晶和UCNPs在手性液晶中发生能量转移的示意图；b) 偏光显微镜照片及样品发光照片；c) 上转换发光光谱；电场为100 V时：d) CsPbBr3纳米晶和UCNPs在手性向列相液晶中发生能量转移的示意图；e) 偏光显微镜照片及样品发光照片；f) 上转换发光光谱

 综上所述，该团队通过将CsPbBr3纳米晶和UCNPs掺入到手性向列相液晶中，首次实现了基于能量转移过程的UC-CPL。通过调节手性向列相液晶的光子禁带，获得了最大glum值为1.1的CsPbBr3纳米晶的上转换圆偏振发光；同时，通过能量转移过程克服了光子禁带对发光的抑制。此外，CsPbBr3纳米晶的上转换圆偏振发光和能量转移过程被证实都能够通过电场和外力进行调控。 

 相关结果发表在Advanced Materials上(DOI: 10.1002/adma.202000820） 

 https://doi.org/10.1002/adma.202000820