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0 超荧光，作为量子光学领域的一种重要现象，源于多粒子体系的集体自发辐射行为。在光激发下，粒子间的自发辐射场发生相位同步，形成宏观巨偶极子，进而产生短而强的光脉冲。相较于普通荧光，超荧光具有更快、更强的特点，在量子计算、量子通讯等前沿科技领域展现出广阔的应用前景。然而，传统超荧光的实现往往依赖于低温、低压和强磁场等极端条件，限制了其实际应用。
近期，中国科学院福建物构所的研究团队在稀土上转换纳米发光材料方面取得了重大突破。他们利用稀土离子(如Nd³⁺)的窄线宽和长退相干时间特性，在室温下成功观测到了Nd³⁺的上转换超荧光。这一发现得益于团队自行研制的纳米光子学测试系统，该系统采用800nm飞秒脉冲激光进行激发，首次实现了Nd³⁺纳秒级的室温上转换超荧光观测。
在实验中，团队对比测试了NaNdF₄@NaYF₄核壳结构纳米晶在稳态和飞秒脉冲激光激发下的上转换发射光谱和荧光寿命。结果显示，飞秒激光激发下的Nd³⁺上转换发射强度和辐射跃迁速率显著提升，其中588nm(4G₇/₂→⁴I₁₁/₂)的荧光寿命从2.28微秒缩短至2.5纳秒，且同一上能级跃迁(4G₇/₂)的588nm和656nm处荧光寿命表现出显著差异，这是超荧光的典型特征。
基于超荧光小样本体系的Dicke模型，研究团队揭示了Nd³⁺超荧光初始量子阶段激发态粒子相干耦合与超荧光延迟特征的内在联系。随着激发光功率密度的增加，参与相干耦合的粒子数增多，Nd³⁺的上转换发射逐渐增强，辐射衰减和延迟时间显著缩短。值得注意的是，实验中参与相干耦合的粒子数高达912，这是目前文献报道的超荧光材料的最高值。此外，团队还观测到了Nd³⁺双光子上转换超荧光与激发光功率的4次方关系，以及通过调节辐射体有效辐射长度实现的激发态弛豫振荡现象(Burnham-Chiaoringing)的调控。
这项研究不仅突破了稀土离子因f→f禁戒跃迁导致的发光效率低、荧光寿命长的局限性，还为新型超快、高亮稀土上转换纳米发光材料的设计合成及其在量子光学、快速超分辨成像等前沿领域的应用开发提供了新思路和途径。相关研究成果已于2024年11月15日在线发表在《自然·通讯》杂志上，标志着福建物构所在稀土上转换纳米发光材料研究领域取得了重要进展。
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