普林斯頓大學與北卡羅來納州立大學的研究人員開發出一種新技術，可顯著提升將低能量光轉化為高能量光的效率。該技術可立即應用于照明與顯示領域。

這項研究基于一種稱為三重聚變上轉換的技術，利用多種分子組合收集低能光，如綠光，并將其轉化為高能光，如藍光或紫外光。分子從入射光中吸收能量，并通過將電子移至更高軌道態暫時儲存能量。激發的分子碰撞，釋放儲存的能量，形成更高能的光。上轉換已知在液體中效果良好，因為分子不斷運動，使它們能夠相互作用并提升光的能量。固體中，激發物很難移動。現有的固體系統通常通過極強的光產生大量激發態來解決這個問題。但這些舊技術需要高功率輸入，限制了上轉換的適用性。

普林斯頓大學電氣與計算機工程學教授、Andlinger 能源與環境中心研究員 Barry Rand 帶領團隊提出，可利用一種名為等離子體激元的現象，增強金屬薄膜上的上轉換效率。等離子體激元指的是金屬表面電子與可見光等電磁波之間的相互作用。部分材料（以金屬為主）的電子并不受限于特定原子，而是以自由電子的形式存在于金屬內部。當光線照射這些自由電子時，會引發電子振蕩，使光能與電子運動能量相互耦合。這種被稱為等離子體激元的振蕩現象能夠實現光的聚集，進而增強電磁場強度。

研究團隊在《Nature Photonics》期刊發表的論文中指出，他們通過向銀薄膜照射低能量光，成功激發了表面等離子體激元。實驗數據顯示，等離子體激元在銀薄膜表面傳播時，可使上轉換分子的吸光效率提升至傳統裝置的約 10 倍。研究人員表示，吸光效率的提升能夠提高受激分子濃度，大幅降低觸發上轉換所需的光強。實驗結果表明，與非等離子體激元系統相比，該技術將驅動反應所需的功率降低了 19 倍。

研究團隊不僅在實驗室環境中完成了相關實驗，還致力于驗證該技術的即時實用性。他們搭建了一個有機發光二極管（OLED）裝置 —— 這類器件廣泛應用于便攜式顯示設備 —— 以此測試技術可行性。研究人員利用等離子體激元薄膜產生藍光，再將其與傳統 OLED 產生的綠光、紅光混合，最終生成白光。藍光 OLED 的制備與應用一直存在難點，原因是藍光的產生需要高能量輸入，且容易導致器件穩定性下降。此次實驗證明，這種薄膜技術無需高能量輸入與特殊材料，即可作為藍光光源使用。

這項研究不僅推動了上轉換技術的發展，還為四名普林斯頓大學本科生 ——Kelvin Green、Amélie Lemay、Yiling Li 和 Tersoo Upaa—— 提供了寶貴的科研實踐機會。Kelvin Green 與 Amélie Lemay 均于 2024 年畢業，獲得土木與環境工程學位，且完成了 Andlinger 能源與環境中心的可持續能源項目課程。Yiling Li 與 Tersoo Upaa 目前是電氣與計算機工程系大四學生，同時在該中心擔任實習生。

Yiling Li 表示，這段科研經歷讓她獲得了研究生級別的實驗室工作體驗。她提到，“研究團隊鼓勵我提出有挑戰性的問題，并幫助我通過實驗研究尋找答案，這讓這段經歷變得格外有意義。”

對 Tersoo Upaa 而言，研究項目的成功為他帶來了全新的信心。他說：“這次實習讓我更有底氣去研究那些自己尚未完全掌握的課題?！?/p>

在 Rand 實驗室主導實驗工作的 Jesse Wisch 是這些學生的指導老師。他表示，本科生們提出的問題 “促使我進一步加深了對該領域知識的理解”。

論文指出，未來的研究方向可包括開發性能更優異的薄膜與光學結構，以此實現白光 OLED 技術的進一步優化。