近日，实验室先进光电材料与器件物理团队在无机金属卤化物的长余辉发光研究方面取得积极进展。相关成果以“High-Efficiency and Stable Long-Persistent Luminescence from Undoped Cesium Cadmium Chlorine Crystals Induced by Intrinsic Point Defects”为题发表于国际权威学术期刊《Advanced Science》上。该论文第一作者为2020级硕士研究生杨若婷和青年教师杨东问讲师，通讯作者为史志锋教授，郑州大学为第一单位。

长余辉发光材料作为特殊的储能型材料，在信息存储、应急照明、安全加密和生物标记等许多技术领域有应用价值。探索低成本、高性能、可规模化制备的长余辉发光材料具有重要的科学意义。传统的氧化物基余辉材料由于其良好的化学稳定性和较长的余辉衰减时间，已经在商业应用方面取得了较大的成功。但氧化物余辉材料的晶格能较高，合成温度通常超过1000℃，在能源消耗和安全风险方面存在瓶颈。相比而言，金属卤化物钙钛矿的晶格能很低，在室温下就能结晶。而且，无机金属卤化物材料优异的光电性能和良好的缺陷容忍度为开发其长余辉发光提供了可能。近两年，基于无机金属卤化物体系的长余辉发光现象时有报道，但均是基于稀土离子掺杂体系，即人为引入载流子俘获中心。而在纯净非掺杂的金属卤化物体系中实现长余辉发光现象尚未见报道。

图1. CsCdCl3晶体的长余辉发光现象及其物理机制分析

基于以上背景，研究人员在前期研究工作的基础上，筛选出新型六方结构CsCdCl3材料，在未掺杂的情况下成功实现长余辉发光。该材料为直接带隙半导体，在254 nm紫外光激发下表现出明亮的黄光发射，斯托克斯位移为322 nm，荧光量子产额高达90%。第一性原理计算和光谱分析表明，该宽带黄光发射可能源于Cd-Cl八面体在激发态下的结构畸变形成的自限域态激子。移除激发源后，CsCdCl3单晶展现出黄色长余辉发射，余辉衰减时间可持续6000 s。结合热释光循环测试和第一性原理计算，研究团队揭示了CsCdCl3材料的长余辉发光机理。基质中的固有点缺陷（氯空位等）可在CsCdCl3禁带中产生具有广泛能量分布的陷阱态，这些陷阱中心捕获激发态电子（也可视为储存电荷载流子的过程），再通过脱陷过程将其释放到发光中心（Cd-Cl八面体），从而产生具有反热淬灭效应的长余辉发光。此外，CsCdCl3单晶在恶劣的环境中可保持良好的稳定性。例如，在高湿度（75%）和长时间高温（100℃）环境下，材料的结构稳定，发光没有明显的衰减，这启发了研究人员进一步将CsCdCl3晶体应用于双模信息存储读取的设计。上述研究成果是非掺杂金属卤化物长余辉发光材料领域的重要进展，突显了未来在信息存储方面的巨大应用潜力。

该工作得到国家重点研发计划子课题、国家自然科学基金、河南省杰出青年科学基金、河南省高校科技创新团队计划和集成光电子学国家重点实验室开放基金的支持。

论文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/advs.202207331