科學團隊揭示五階聲子非諧性在寬溫區光學測溫中的關鍵作用

近日，我所化學動力學研究中心分子光化學動力學研究組（1117組）袁開軍研究員與隋來志副研究員團隊在高階聲子非諧性調控光學測溫領域取得新進展。團隊開發了一種基于無鉛鹵化物鈣鈦礦（Cs2TeCl6）的雙通道光學測溫方法，實現了100K至500K溫區的高精度溫度測量，揭示了五階聲子非諧性在溫度測量中的關鍵作用。

光學測溫技術因其非接觸、靈敏度高、空間分辨率高等優勢，在微電子器件監測、光纖傳感、生物成像和高溫工業測量等領域具有重要應用。然而，現有的光學測溫方法在測溫范圍、靈敏度和長期穩定性方面仍面臨挑戰。為此，研究團隊提出了一種結合光致發光（PL）壽命和拉曼光譜的雙通道測溫策略，突破了傳統測溫方法的局限性。

科研人員發現，Cs2TeCl6晶體的Eg聲子模式的拉曼線寬因高階的五聲子散射過程在100至500K溫度范圍內呈現顯著的非線性溫度依賴性。實驗結果顯示，在330K時，該材料的比靈敏度（Sr）達到最大值0.577% K–1，并在高溫范圍內保持優異性能，為高溫非接觸式測溫提供了新方法。除了在高溫區的優異表現，Cs2TeCl6還展現出良好的中低溫測溫能力。在200至300K溫度范圍內，研究團隊通過自陷態激子（STEs）的壽命調制，實現了高靈敏度的溫度響應，最大Sr達3.82% K–1。本工作揭示了高階聲子非諧性對拉曼測溫靈敏度的增強機制，為未來高精度、寬溫區光學測溫材料的設計提供了新思路。

相關研究成果以“Broad-Temperature Optical Thermometry via Dual Sensitivity of Self-Trapped Excitons Lifetime and Higher-Order Phonon Anharmonicity in Lead-Free Perovskites”為題，于近日發表在《德國應用化學》（Angewandte Chemie International Edition）上，并被選為熱點文章（Hot Paper）。該工作的第一作者是我所1117組牛光明博士。該工作得到國家自然科學基金、中國科學院B類先導專項“基于極紫外光源的化學反應過渡態精準探測”、中國科學院關鍵技術研發團隊、遼寧省興遼英才計劃等項目的資助。