Submicrowatt-driven near-infrared luminescence from perovskite-fluoride quantum-cutting heterostructures for gas sensing

发光 材料科学 异质结 光电子学 纳米技术 光致发光 化学 量子点 一氧化碳 半导体材料
作者
Yue Wang,Donglei Zhou,Ruoxi Wang,Wei Li,Ruixin Song,Wen Xu,Xue Bai,Yu Zhang,Yang chen,Pengjia Qi,Tingting Zhou,Tong Zhang,Hongwei Song
出处
期刊:Nature Communications [Nature Portfolio]
卷期号:17 (1)
标识
DOI:10.1038/s41467-026-70670-2
摘要

The pursuit of wideband tunable near-infrared (NIR) light sources has reached fever pitch due to advances in photonic chips, optical communications, and molecular trace detection. Lanthanide ions (Ln3+), renowned for their characteristic NIR luminescence, have nevertheless been stymied by the challenges of an extremely low molar extinction coefficient and linear absorption. Herein, a senitization methodology is presented that capitalizes on the quantum cutting-engineered heterostructure nanoparticles (CsPbX3: Yb3+-NaYF4: Yb3+, Ln3+), to achieve multi-wavelength NIR luminescence spanning the 900-2200 nm spectrum. The designed heterostructure exhibits an unprecedented absorption bandwidth (200–690 nm) across the UV-visible spectrum, with an exceptionally low stimulation threshold at the sub-microwatt level (50 µW cm-2). The NIR luminescent wavelengths can be precisely modulated by meticulously adjusting the dopant Ln3+ ions leveraging Yb3+-mediated quantum cutting processes. Spectroscopic analysis reveals a directed energy transfer pathway at the perovskite-fluoride heterogeneous interface: perovskite host→Yb3+ (perovskite) →Yb3+ (NaYF4) → Ln3+. This architecture demonstrates multiplexed gas detection capabilities under AI-assisted analysis, facilitating the simultaneous identification and monitoring of multiple marker gases in complex environments. Our work provides a scalable strategy for constructing ultra-broadband NIR light sources, with implications for high-throughput spectroscopic sensing. This work presents a quantum-cutting heterostructure that emits tunable near-infrared light (900-2200 nm) under ultralow-power excitation. It enables AI-assisted multiplexed gas detection, offering a scalable strategy for broadband NIR light sources
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