新加坡国立大学化学系刘小刚教授团队与厦门大学梁亮亮教授合作，在《自然》杂志发表突破性研究成果，成功开发出一类具有500级以上光学非线性的镧系元素掺杂纳米材料。该成果为光子雪崩效应研究树立了新标准。

光子雪崩是一种罕见的光物理现象，其特点是当激发强度超过临界阈值时，发射光强度会呈指数级骤增。研究团队通过在镧系元素掺杂纳米晶体中引入局部晶体场畸变，显著增强了铥离子间的能量转移效率，从而大幅提升材料的光学非线性响应。实验数据显示，27纳米纳米晶体的非线性度超过150，而170纳米纳米盘更达到500以上。

刘小刚教授表示："通过将光子雪崩效应与精确的纳米材料设计相结合，我们正在重新定义非线性光学的边界。"该材料展现出优异的光放大特性，能将光输入的微小变化转化为发射强度的剧烈变化，为超灵敏检测提供了新可能。

研究团队成功利用该材料实现了单光束超分辨率成像，分辨率达到33纳米宽和80纳米深，媲美传统复杂显微镜系统。此外，材料还展现出单个纳米晶体内空间差异化的非线性发射模式，突破了物理尺寸对成像分辨率的限制。

这项成果为生物医学成像、量子光子学及数据存储等领域带来新的技术突破。研究人员指出，这种经济高效的超分辨率成像方案，有望推动相关检测技术的普及应用。该研究也为开发更灵敏、更紧凑的光学器件奠定了材料基础。

更多信息： Jiaye Chen 等人，通过亚晶格重构实现超过 500 的光学非线性，《自然》(2025 年)。期刊信息： 《自然》