碳纳米管突破：低能量光秒变高能量，太阳能技术或迎革命

日本理化学研究所先进光子学中心的科学家发现，单壁碳纳米管能够通过一种特殊机制，将低能量光转化为更高能量的光。这一发现可能推动太阳能技术和生物成像领域的突破。

通常，材料吸收高能量光（如紫外光）后会释放较低能量的可见光，这种现象称为光致发光。然而，在某些情况下，材料吸收低能量光后反而会释放更高能量的光，这一罕见过程被称为上转换光致发光（UCPL）。UCPL对太阳能技术具有重要意义，因为它可以将原本无法利用的低能量光转化为可发电的高能量光，从而提高太阳能电池的效率。

在传统光致发光中，光激发电子形成激子，激子复合并释放能量较低的光。而在UCPL中，激子通过与材料中的声子（晶格振动）相互作用获得额外能量，最终释放出比入射光能量更高的光。

此前，学界认为UCPL仅在碳纳米管存在结构缺陷时发生。但该研究团队发现，即使在没有缺陷的碳纳米管中，UCPL也能高效进行。其机制在于：光激发电子时，声子同时提供能量，形成“暗激子”态，最终发射更高能量的光。实验还表明，温度升高会增强UCPL效应，因为高温下声子更活跃。

这一发现为开发新型光电器件提供了新思路。研究人员计划进一步探索利用UCPL实现纳米管冷却的可能性，并设计基于该效应的能量收集装置。理化学研究所团队表示，这项研究有望为先进光电子和光子器件的设计开辟新途径。

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