九州大学开发固态材料，在自然阳光下将可见光"升级"为紫外光，效率达1.9%。
两杯温水加在一起不会变成一杯沸水。但在量子世界里，多个低能光子可以合并产生一个更高能的光子。九州大学的研究团队开发了一种固态分子材料，可以在普通室外阳光下将可见光"升级"为紫外线，转换效率达到1.9%。
强烈的紫外线是大多数人夏季试图躲避的，但它在空气净化、3D打印中的树脂固化、牙科填充物凝胶硬化甚至美甲等领域不可或缺。尽管很重要，紫外线只占到达地球表面阳光的约6%，其中仅一小部分实际可用。
该研究通讯作者佐佐木洋一副教授解释道："我们所做的是将两个可见光光子的能量'加在一起'，制造一个紫外光子。这是一个令人着迷的过程，称为光子上转换。"
实现这种上转换的一种机制是三线态-三线态湮灭(TTA)。"供体"分子吸收可见光并激发电子进入高能三线态，然后传递给相邻的"受体"分子。当两个三线态相遇时，它们互相湮灭，将合并的能量作为紫外光子释放。TTA在液体中效果很好，分子自由移动且三线态容易碰撞。但这些系统通常依赖有毒溶剂且可能蒸发，限制了实际应用。
佐佐木说："在固体中，分子紧密排列，电子云可能重叠。当这种情况发生时，三线态在相遇之前就容易消失。分子必须足够近以传递能量，但又必须足够分离以防止激子淬灭。"
团队在一种名为二氢茚并茚的有机半导体中找到了答案。通过在该分子的sp³碳原子上连接烷基链，研究人员在相邻分子之间创建了精确控制的间隙。优化后的材料实现了超过60%的固态荧光量子产率，上转换效率达到1.9%。
2012年，君塚信夫名誉教授开创了通过自组装中的三线态能量迁移进行光子上转换的研究。他的团队在溶液和凝胶系统中取得了稳步进展，但开发高效的固态上转换系统一直充满挑战。2024年5月终于取得了突破，距离君塚退休不到一年。研究生们将数年的工作压缩成一个冲刺，在君塚离开实验室前仅11天将论文草稿交给了他。佐佐木说："这对我们来说就像一份发自内心的退休礼物。"