科学团队揭示五阶声子非谐性在宽温区光学测温中的关键作用

近日，我所化学动力学研究中心分子光化学动力学研究组（1117组）袁开军研究员与隋来志副研究员团队在高阶声子非谐性调控光学测温领域取得新进展。团队开发了一种基于无铅卤化物钙钛矿（Cs2TeCl6）的双通道光学测温方法，实现了100K至500K温区的高精度温度测量，揭示了五阶声子非谐性在温度测量中的关键作用。

光学测温技术因其非接触、灵敏度高、空间分辨率高等优势，在微电子器件监测、光纤传感、生物成像和高温工业测量等领域具有重要应用。然而，现有的光学测温方法在测温范围、灵敏度和长期稳定性方面仍面临挑战。为此，研究团队提出了一种结合光致发光（PL）寿命和拉曼光谱的双通道测温策略，突破了传统测温方法的局限性。

科研人员发现，Cs2TeCl6晶体的Eg声子模式的拉曼线宽因高阶的五声子散射过程在100至500K温度范围内呈现显著的非线性温度依赖性。实验结果显示，在330K时，该材料的比灵敏度（Sr）达到最大值0.577% K–1，并在高温范围内保持优异性能，为高温非接触式测温提供了新方法。除了在高温区的优异表现，Cs2TeCl6还展现出良好的中低温测温能力。在200至300K温度范围内，研究团队通过自陷态激子（STEs）的寿命调制，实现了高灵敏度的温度响应，最大Sr达3.82% K–1。本工作揭示了高阶声子非谐性对拉曼测温灵敏度的增强机制，为未来高精度、宽温区光学测温材料的设计提供了新思路。

相关研究成果以“Broad-Temperature Optical Thermometry via Dual Sensitivity of Self-Trapped Excitons Lifetime and Higher-Order Phonon Anharmonicity in Lead-Free Perovskites”为题，于近日发表在《德国应用化学》（Angewandte Chemie International Edition）上，并被选为热点文章（Hot Paper）。该工作的第一作者是我所1117组牛光明博士。该工作得到国家自然科学基金、中国科学院B类先导专项“基于极紫外光源的化学反应过渡态精准探测”、中国科学院关键技术研发团队、辽宁省兴辽英才计划等项目的资助。