稀土之歌
SONG: RE3+
提交：2025-09-02录用：2025-09-06出版：2025-11-12
科学与人文艺术, 2025, 2(3), 30-37; https://doi.org/10.58244/sha.250821
摘要：以诗意的语言歌颂了稀土4f元素的发光特性及其应用。【更多...】
关键词：稀土；镧系元素；荧光
关键词： 稀土；镧系元素；荧光
摘要
摘 要：
以诗意的语言歌颂了稀土4f元素的发光特性及其应用。
以诗意的语言歌颂了稀土4f元素的发光特性及其应用。
关键词：稀土；镧系元素；荧
--
正文
稀土之歌
王笑军
稀土啊，元素不多，
蹲在4f小窝；
靠着5s5p的阻隔，
放到哪里，
都与世无争，保持着自我。
弱场作用，线谱发射，
经典的能级图,
LaCl3中Dieke的功不可没。[1]
蹲在4f小窝；
靠着5s5p的阻隔，
放到哪里，
都与世无争，保持着自我。
弱场作用，线谱发射，
经典的能级图,
LaCl3中Dieke的功不可没。[1]
图1. （来源：https://professorships.jhu.edu/wpcontent/uploads/2016/05/DiekeGerhard.jpg）
图2. （来源：https://doi.org/10.1103/PhysRev.127.2058）
电子们亲切热热，相互耦合，
产生了无数Energy Level；
更与时俱进，与高层（5d）合作，
暗送秋波，也就不在乎什么选择定则；
他们起起落落，上下求索，
发出光和热。
产生了无数Energy Level；
更与时俱进，与高层（5d）合作，
暗送秋波，也就不在乎什么选择定则；
他们起起落落，上下求索，
发出光和热。
光谱如何操作，
可探询Judd，或请教Ofelt；[2]
“大胆”的假设
“小心”的琢磨—[3]
粗犷近似，构思磅礴,
结果是如此的Remarkable！
可探询Judd，或请教Ofelt；[2]
“大胆”的假设
“小心”的琢磨—[3]
粗犷近似，构思磅礴,
结果是如此的Remarkable！
图3. （来源：https://encrypted-tbn0.gstatic.com/images?q=tbn:ANd9GcROLmWbl7YF3sqDPe7_sj_0a-ReVGgAoQJYEw&s）
稀土们有的甘作Donor, 谦称Sensitizer,
乐于奉献，把激发Transfer;
有的名为Activator，
遥相呼应，把能量Accept；
借力发射，无间合作（波函数重叠）,
呈现出多彩多姿的电磁波。
乐于奉献，把激发Transfer;
有的名为Activator，
遥相呼应，把能量Accept；
借力发射，无间合作（波函数重叠）,
呈现出多彩多姿的电磁波。
图4. 图片4
稀土啊，十个指头还不够数落,
如果，如果加上脚趾，
就可以一一掰扯这4f-Block（1f-14f）：
如果，如果加上脚趾，
就可以一一掰扯这4f-Block（1f-14f）：
图5. 稀土元素
铈有点孤独，
4f只有老哥一个，
好似计划生育的结果。
却长袖善舞，
不甘寂寞；
与5第（d）合作，
把谱线展阔。
潜入YAG，
助白光闪烁；
更把蓝光余辉
变得五颜六色。[4]
4f只有老哥一个，
好似计划生育的结果。
却长袖善舞，
不甘寂寞；
与5第（d）合作，
把谱线展阔。
潜入YAG，
助白光闪烁；
更把蓝光余辉
变得五颜六色。[4]
图6. 铈
镨便不再寂寞，
双电子如情人般十指紧握；
8228，对称组合，
衍生出Singlet（↓↑）和Triplet（↑↑）。
宽吸收，快响应，长歌短舞，[5]
“镨写”在UV-IR的各个角落。
能上能下，独具品格：
上有完美的Metastable，[6]
下则高效的Quantum Cutter！
双电子如情人般十指紧握；
8228，对称组合，
衍生出Singlet（↓↑）和Triplet（↑↑）。
宽吸收，快响应，长歌短舞，[5]
“镨写”在UV-IR的各个角落。
能上能下，独具品格：
上有完美的Metastable，[6]
下则高效的Quantum Cutter！
图7. 镨
钕更是铿锵玫瑰一朵，
3电子共舞，婉约婀娜，
绽放出Doublet和Quartet。
是爱就爱（4I9/2），
那便是她们的Ground （爱得有基础）。
强烈的辐射，
却是看不见的颜色；
优雅低调，
孕育了激光的UV Visible。[7]
3电子共舞，婉约婀娜，
绽放出Doublet和Quartet。
是爱就爱（4I9/2），
那便是她们的Ground （爱得有基础）。
强烈的辐射，
却是看不见的颜色；
优雅低调，
孕育了激光的UV Visible。[7]
图8. 钕
钷，是盗火者，[8]
还真有些居心叵测；
在稀土家庭里，
算是奇葩一朵；
储量微微，还得放射，
用于核电池，不可捉摸。
还真有些居心叵测；
在稀土家庭里，
算是奇葩一朵；
储量微微，还得放射，
用于核电池，不可捉摸。
图9. 钷（来源：https://www.examples.com/chemistry/promethium.htm）
钐的发射有些独特（4G5/2-6HJ）
沉溺于橙色红色。
电声耦合相对较弱，
磁偶跃迁就变得很popular。
最大的功绩是与钴合作，
导航了登月的阿波罗。
沉溺于橙色红色。
电声耦合相对较弱，
磁偶跃迁就变得很popular。
最大的功绩是与钴合作，
导航了登月的阿波罗。
图10. 钐
铕在发光显示位居C座，
荧光粉红蓝两色，缺一不可。
电偶-磁偶，你争我夺，
5D就成了敏锐的Probe；
探反演，测对称，
常把晶场环境摸索。
携手Charge Transfer，
热猝灭更把高低温检测。[9]
荧光粉红蓝两色，缺一不可。
电偶-磁偶，你争我夺，
5D就成了敏锐的Probe；
探反演，测对称，
常把晶场环境摸索。
携手Charge Transfer，
热猝灭更把高低温检测。[9]
图11. 铕
钆是7电子7能级各得其所，
减少了库伦的互相推扯；[10]
婉约低调，
基态被价带淹没。
寻常日盲无痕，
深闺莫测。
不鸣则已，
一鸣即跨越紫色。
减少了库伦的互相推扯；[10]
婉约低调，
基态被价带淹没。
寻常日盲无痕，
深闺莫测。
不鸣则已，
一鸣即跨越紫色。
图12. 钆
铽有着5D“独铽”的绿色，
RGB缺她不可。
常常与“室友”（CeEu）合作，
是能量传递的楷模（~100%）。
窄线多峰，能级结构是铕的映射，
只是把J的顺序翻个个儿。[11]
RGB缺她不可。
常常与“室友”（CeEu）合作，
是能量传递的楷模（~100%）。
窄线多峰，能级结构是铕的映射，
只是把J的顺序翻个个儿。[11]
图13. 铽
镝本属于浪漫诗作，[12]
飞鸣镝，下长安，西风叶落。
混同于普通稀土，
则多少有些落寞。
发白光，设陷阱，
作磁石，生镭射，
---也不失稀土本色。
飞鸣镝，下长安，西风叶落。
混同于普通稀土，
则多少有些落寞。
发白光，设陷阱，
作磁石，生镭射，
---也不失稀土本色。
图14. 镝
钬的故乡在斯德哥尔摩，[13]
克利弗（Cleve）把她和铒分割。
虽然发光不算太火，
入光纤，生红外，
毕竟是新一代5G发射；[14]
能级清晰的Structure
赋予了敏感的Stark。[15]
而最强的磁性，
才是她“钬”立鸡群之所；[16]
磁通量的Concentrator，
更用于Nuclear Reactor。
克利弗（Cleve）把她和铒分割。
虽然发光不算太火，
入光纤，生红外，
毕竟是新一代5G发射；[14]
能级清晰的Structure
赋予了敏感的Stark。[15]
而最强的磁性，
才是她“钬”立鸡群之所；[16]
磁通量的Concentrator，
更用于Nuclear Reactor。
图15. 钬（Image by Grok）
铒不尔尔，有点了不得！
那嗖嗖的红外辐射，
算光算热？
比光还亮，比热更灼！
EDFA啊，没有她
哪有现代的通讯网络！
铒还是难得的Upconverter，
给她红外，还以Color (see see)；
热耦合的成对儿能级们，
更用于温度的实时探测。
那嗖嗖的红外辐射，
算光算热？
比光还亮，比热更灼！
EDFA啊，没有她
哪有现代的通讯网络！
铒还是难得的Upconverter，
给她红外，还以Color (see see)；
热耦合的成对儿能级们，
更用于温度的实时探测。
图16. 铒（Image by Grok）
铥来自神秘之地图勒，[17]
得来的过程和钬差不多。
上转换，重蓝色，
也是长波短波，G赫T赫，
五光十色加X辐射；
穿晶体，走粉末，生薄膜，
激光发射All Fiber！
得来的过程和钬差不多。
上转换，重蓝色，
也是长波短波，G赫T赫，
五光十色加X辐射；
穿晶体，走粉末，生薄膜，
激光发射All Fiber！
图17. 铥
镱本事意念之作，几人争夺，[18]
能级与铈的单电子仿若；
可毕竟—
十三钗同室操戈。
自旋轨道的耦合，
便劈裂了更多；
吸收近红外，
也就不假思索；
强吸收发红外，是有效的Emitter，[19]
上转换Transfer，是伟大的Sensitizer![20]
能级与铈的单电子仿若；
可毕竟—
十三钗同室操戈。
自旋轨道的耦合，
便劈裂了更多；
吸收近红外，
也就不假思索；
强吸收发红外，是有效的Emitter，[19]
上转换Transfer，是伟大的Sensitizer![20]
图18. 镱（Image by ChatGPT）
镥啊，找到你，也有些曲折。[21]
你是稀土的谢幕者，
静立在队伍尽头，
完成了镧系的定格。
封闭的壳层，
成了4f-4f的荒漠。
作基质，辅掺杂，
只为把同伴衬托。
低声子，小半径
恪守着自己的沉默。
你是稀土的谢幕者，
静立在队伍尽头，
完成了镧系的定格。
封闭的壳层，
成了4f-4f的荒漠。
作基质，辅掺杂，
只为把同伴衬托。
低声子，小半径
恪守着自己的沉默。
图19. 镥（Illustration created by ChatGPT）
稀土啊，你生于高压高热，
岁月沉淀了你的本色；
稀土啊，你勇于创新开拓，
成就了人类多少辉煌的时刻！
岁月沉淀了你的本色；
稀土啊，你勇于创新开拓，
成就了人类多少辉煌的时刻！
图20. （来源：https://sciencenotes.org/wp-content/uploads/2021/07/Lanthanide
-Contraction-1024x683.png）
你们如此的delicious，
却从不上桌；[22]
甘坐冷板凳，
恰是你们谦虚的性格。
队伍整洁，
因着有规律的半径收缩。[23]
却从不上桌；[22]
甘坐冷板凳，
恰是你们谦虚的性格。
队伍整洁，
因着有规律的半径收缩。[23]
啊，稀土
你们不稀，只因为你们的身影在沟沟壑壑，[24]
你们不土，你们的英姿让多少鱼沉燕落！
你们不稀，只因为你们的身影在沟沟壑壑，[24]
你们不土，你们的英姿让多少鱼沉燕落！
从铈到钬（轻声），
点石成金，你们造就了批量的硕博;
从镱到铽（渐强），
发光发热，你们贡献了无数的paper!--
篇篇荧光闪烁，
“区区” 知真见灼！[25]
是你们，让书生寻到了工作，
让青椒蜕变成学者！
是你们，把论文转成了基金，
把人民币换成了Dollar！[26]
你为多少人戴上桂冠，
——登上了Science Nature；
又为多少人套上枷锁，[27]
——为了你,受尽了折磨。
点石成金，你们造就了批量的硕博;
从镱到铽（渐强），
发光发热，你们贡献了无数的paper!--
篇篇荧光闪烁，
“区区” 知真见灼！[25]
是你们，让书生寻到了工作，
让青椒蜕变成学者！
是你们，把论文转成了基金，
把人民币换成了Dollar！[26]
你为多少人戴上桂冠，
——登上了Science Nature；
又为多少人套上枷锁，[27]
——为了你,受尽了折磨。
图21. 图21
对土当歌，人生几何？
稀土啊，
你是远古的传说，
却跳动时代的脉络。
你为我们——
照亮了屏幕，装点了夜色；
赐予了灵感，带来了困惑；
恰是如此，
才丰富了我们平淡的生活；
攒出来一首《稀土之歌》。
稀土啊，
你是远古的传说，
却跳动时代的脉络。
你为我们——
照亮了屏幕，装点了夜色；
赐予了灵感，带来了困惑；
恰是如此，
才丰富了我们平淡的生活；
攒出来一首《稀土之歌》。
图22. 稀土之歌（ChatGPT绘图及表格）
注：文中光谱为自绘示意图。
Abstract:
It eulogizes the luminescent properties of rare earth 4f elements and their applications in poetic language.
It eulogizes the luminescent properties of rare earth 4f elements and their applications in poetic language.
Keywords: Rare earth; Lanthanum element; Luminescence
作者
作 者 / Authors：
王笑军，美国佐治亚南方大学物理学教授。1982年本科毕业于吉林大学，1985年硕士毕业于中国科学院，1987年获得美国佛罗里达理工学院硕士学位，1992年获得美国乔治亚大学博士学位，之后在俄克拉荷马州立大学任博士后及加州大学尔湾分校任 NIH Postdoc Fellow。1995年入职佐治亚南方大学工作至今，目前是Materials Research Bulletin (Elsevier) 期刊主编、Light: Science & Applications (Springer Nature)编辑以及美国物理学会会士（Fellow of the American Physical Society）。
后记
后记：
当年拜读其凤兄的《化学之歌》（写的不错，是真正的歌词，朗朗上口）。一激动差点写个《物理之歌》，想想一介非院士，作罢。又心有不甘，就写了几句稀土。唤作《稀土之歌》。今天清理文件。看到多年蒙尘的“残篇”，修补一下，又蛇足般随意加了点注和图，供稀土的朋友饭后一乐。难得还真有几位老师学生欣赏，哈哈，小有满足。
——王笑军- 10/09/2019.
2024年底于上海小聚，有幸结识上海理工大学文理兼修的缪煜清教授，彼时他正在操办《科学与人文艺术》杂志，不仅邀我加入编委，还要把《稀土之歌》发在刊物上。窃喜，大有满足。不过也因此诚惶诚恐，白纸黑字，写得好是“窃喜”，写不好就是“露怯”了。于是今天认真改了一下，把不发光的镥也拉了进来。依旧博君一笑。
——王笑军（偶读玩笑君）- 08/31/2025。
参考/注释
参考/注释：
- RE3+的经典能级图英文里就称为“Dieke Diagram”。有次报告，下面的同事特别指出，因为他就是Dr Gerhard H. Dieke（见图）工作的物理系毕业的（Johns Hopkins）。那本书实际是他去世后几年后出版的（还有另外两位作者）。经典的另一个意思是，随着同步辐射源的应用，稀土能级图已经向高能扩展了很多。
- 照片中左为Brian Judd，右为George Ofelt，1962年8月同时发表了后来被称为J-O理论的论文（PRB/JCP）。J-O理论发表~50年的时候，赶上波兰的国际发光会（2014），把二位请了回去（彼时Dr Ofelt已拄着拐杖，Dr Judd还很精神，另有照片。图中照片是网上的）。
- J-O理论很符合胡适先生的一句名言：大胆的假设，小心的求证。
- 不好意思，算我们的一个工作，叫persistent energy transfer。
- Pr3+常用于4f5d能级吸收。
- 如3P0能级常用于蓝光上转换的亚稳态（1D2则作为IR激光的亚稳态）。
- YAG：Nd及倍频大概是实验室最流行的固体激光器。
- 钷的名字，Promethium，源自希腊神话中的盗火者普罗米修斯（Prometheus）。
- 5DJ发射及CT带导致的温度猝灭最早用于不同范围的测温。
- 也是二价Eu非常稳定的原因(经典解释。量子力学的计算表明和轨道收缩有关)。
- 基态的洪特定则。J：总角动量。
- 改自毛泽东名句，原词为“正西风落叶下长安，飞鸣镝”。
- Holmium源自Stockholm (拉丁语, "Holmia"), 发现者（之一）Per Teodor Cleve的家乡。
- 钬的5GJ常用于激光发射。钬是所有元素中磁性最强的。
- 多个能级的Stark劈裂常用于光学温度探针。
- 读起来有点大舌头啊。
- Cleve发现并命名。图勒，Thule→Thulium，Thule为古希腊地名。
- 镱在发现和命名上有过争议。
- DOI:10.1038/lsa.2016.124；DOI:10.1016/S1002-0721(07)60420-7（给Light和JRE做广告）。
- 980 nm处， Yb3+比Er3+的吸收截面高一个数量级（10-20 vs 10-21 cm2）且吸收展宽（e.g. Al2O3波导中）。
- 类似镱，法奥（地利）美三位科学家几乎同时发现了镥（实际早发现的镱中有镥）。最后的Lutetium源于Lutetia,古巴黎的罗马名字。
- 有人开玩笑镧系不在Table（Periodical Table）上，而是坐在Bench上。
- 4f 电子是所谓贯穿轨道，屏蔽效应很差。每增加的f电子，不足以屏蔽相应质子的库伦作用，使得外层（5s2，5p6，6s2）电子受到更强的有效核电荷吸引，造成了有规律的离子半径收缩。
- 按大爆炸理论，时间仓促，高温的那几分钟，重原子（包括稀土）根本没能生成，必须等到后来的恒星演化与爆炸才产生。叫稀土也不为过。
- 该死的分区啊！
- 每年稀土出口换汇大概几十亿刀。
- 也称卡脖，包括卡欧帝美帝。
