量子通信領域,稀土探針的單光子發射特性備受關注。通過調控稀土離子的摻雜濃度與晶體場環境,可實現單光子級別的近紅外二區熒光發射,其熒光壽命抖動<50ps,滿足量子密鑰分發(QKD)的時間-能量糾纏要求。在自由空間量子通信實驗中,稀土探針作為單光子源,通過980nm脈沖激光激發,產生1550nm波段的單光子序列,量子比特誤碼率<0.1%,通信距離達10公里,與傳統鈮酸鋰單光子源性能相當,但成本降低50%。該技術為構建基于稀土探針的小型化量子通信終端奠定了基礎,有望應用于衛星-地面量子鏈路與城市量子通信網絡,推動量子信息技術的實用化進程。

稀土探針的多模態成像特性,為精細醫學提供了一體化解決方案。通過核殼結構設計,稀土納米顆粒可同時整合熒光壽命成像與磁共振(MRI)造影功能:鑭系離子的電子順磁特性使其成為T1加權MRI的優良造影劑,而近紅外二區熒光則可實時追蹤分子功能。在前列腺*診斷中,這種雙模態探針經靜脈注射后,既能通過MRI提供毫米級解剖結構信息,又能利用熒光壽命(如Eu的613nm發射壽命為0.6ms)量化腫塊表面PSMA受體的表達密度。臨床前實驗顯示,該技術使前列腺*淋巴結轉移的檢出率提升40%,且可同步評估新輔助醫治后的腫塊活性,為手術方案制定提供雙重數據支撐。

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