根據(jù)日本科學(xué)技術(shù)振興機(jī)構(gòu)（以下簡稱：JST）戰(zhàn)略研究項(xiàng)目PRESTO，帝京科學(xué)大學(xué)（Teikyo University of Science）的Ayumi Ishii副教授團(tuán)隊(duì)開發(fā)了一種新型近紅外光傳感器，可將微弱的近紅外光轉(zhuǎn)換為可見光。

圖1 利用鈣鈦礦包覆的上轉(zhuǎn)換納米粒子（UCNP） ，制備了一種具有強(qiáng)近紅外吸收和高UC效率的鈣鈦礦型近紅外光探測器（來源：JST）

如今，近紅外光在日常生活中有著廣泛的應(yīng)用，比如紅外攝像機(jī)（夜視攝像機(jī)）、紅外通信（無線通信）、光纖通信、遙感和生物計(jì)量學(xué)等。近紅外區(qū)域弱光的探測和靈敏度的提高對(duì)于光通信技術(shù)、醫(yī)學(xué)診斷、環(huán)境監(jiān)測和其他領(lǐng)域的發(fā)展是不可或缺的。

半導(dǎo)體化合物（如InGaAs）具有900–1700nm的光學(xué)帶隙，可用于探測近紅外區(qū)域的光。然而，由于復(fù)雜的制造過程和稀有金屬的摻雜，這些系統(tǒng)成本極高，并且受到噪聲干擾的限制。此外，與硅（Si）和其它化合物相比，這種半導(dǎo)體無法獲得可與其比擬的可見光探測精度。

基于此，該團(tuán)隊(duì)開發(fā)出基于鑭系元素?fù)诫s的核殼結(jié)構(gòu)上轉(zhuǎn)換納米粒子，這種粒子能夠高效地將弱紅外光轉(zhuǎn)換成可見光。此外，通過開發(fā)一種近紅外光探測器（光電二極管），將這些納米粒子與對(duì)可見光有響應(yīng)的無機(jī)半導(dǎo)體材料（鹵化鉛鈣鈦礦）相結(jié)合，他們成功將難以探測的弱近紅外光轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，轉(zhuǎn)換效率可達(dá)75%。

通過這種新穎、低成本、簡單的技術(shù)將近紅外光（被認(rèn)為難以以高靈敏度探測到）轉(zhuǎn)換成可以利用現(xiàn)有材料和技術(shù)高精度探測的可見光，該團(tuán)隊(duì)在弱近紅外光探測效率方面取得了極大的進(jìn)展。

因此，該成果展示了一種資源節(jié)約型近紅外探測方法，利用納米材料將低能近紅外光轉(zhuǎn)換為高能可見光，從而提高了光學(xué)傳感器的近紅外光接收靈敏度，以及太陽能電池等人工光合作用的太陽光轉(zhuǎn)換效率。以上結(jié)果已以“Upconverting Near-Infrared Light Detection in Lead Halide Perovskite with Core–Shell Lanthanide Nanoparticles”為題發(fā)表在期刊Advanced Photonics Research上。

在JST戰(zhàn)略基礎(chǔ)研究計(jì)劃PRESTO “全控制光子及其在新時(shí)代創(chuàng)造中的積極應(yīng)用”領(lǐng)域的“單光子傳感器的有機(jī)-無機(jī)混合接口的開發(fā)”研究項(xiàng)目支持下，該團(tuán)隊(duì)與桐蔭橫濱大學(xué)（Toin University of Yokohama）特聘教授Tsutomu Miyasaka合作，計(jì)劃通過超靈敏光探測（包括單光子水平），克服光接收、測量和成像等感測功能的局限性。

通過采用有機(jī)和無機(jī)材料表面融合的材料-化學(xué)方法，該研究的目標(biāo)是開發(fā)多功能、高靈敏度的光探測器，使其在單光子水平上最大限度地提供光的信息（如波長、各向異性等）。