O Instytucie

Tytuł: Strong Emission Enhancement via Dual-Wavelength Coexcitation in YbTm-Doped Upconverting Nanoparticles for Near-Infrared and Subdiffraction Imaging

Autorzy: P. Rajchel-Mieldzioć, A. Bednarkiewicz, K. Prorok, P. Fita

Czasopismo: ACS Nano

DOI: 10.1021/acsnano.5c08510   

Emisja promieniowania antystokesowskiego przez nanokryształy domieszkowane jonami lantanowców jest zazwyczaj uzyskiwana poprzez wzbudzenie pojedynczą falą z zakresu bliskiej podczerwieni (NIR) o określonej długości, najczęściej około 975 nm. Energia promieniowania wzbudzającego jest absorbowana przez jony Yb³⁺ (jony uczulające), a następnie transferowana do jonów aktywatorów, takich jak Tm³⁺. Ze względu na to, że jony lantanowców charakteryzują poziomy wzbudzone o długim czasie zaniku luminescencji, dodatkowe długości fal wzbudzenia mogą aktywować lub modulować kolejne ścieżki transferu energii, prowadząc do wzbogacenia lub zubożenia populacji określonych poziomów. Pomimo ich dużego potencjału, możliwości te pozostają wciąż słabo zbadane.

W niniejszej pracy przedstawiono współwzbudzenie nanokrystalitów NaYF₄ domieszkowanych jonami Yb³⁺ i Tm³⁺, w których zachodzi zjawisko konwersji energii wzbudzenia w górę (UCNPs), dwiema długościami fal, z wykorzystaniem jednoczesnego oświetlania główną wiązką 975 nm oraz przestrajalną wiązką wtórną z zakresu NIR. Zaobserwowano, że dodanie promieniowania podczerwonego o długościach fal odpowiadających dwóm pasmom absorpcyjnym Tm³⁺, centrowanym przy 1213 i 1732 nm, do konwencjonalnego wzbudzenia 975 nm pozwala uzyskać silne wzmocnienie intensywności emisji (do 800% – znacznie przekraczające efekt addytywny każdej długości fali osobno). Co więcej, w niektórych przypadkach zaobserwowano emisję przy współwzbudzeniu, nawet gdy żadne ze źródeł wzbudzenia oddzielnie nie pozwalało uzyskać wykrywalnej luminescencji. Wykazano, że mechanizm podwójnego wzbudzenia umożliwia wizualizację promieniowania NIR powyżej 1700 nm, wykraczającego poza zakres wykrywalności fotodetektorów krzemowych i standardowych fotodetektorów InGaAs. Ponadto umożliwia on modulację emisji UC przy poziomach intensywności wzbudzenia o kilka rzędów wielkości niższych niż te stosowane w technikach superrozdzielczych, takich jak STED. Odkrycia te wskazują, że podwójne wzbudzenie może stać się potężną i wydajną metodą kontrolowania emisji antystokesowskiej, mającą bezpośrednie zastosowanie w obrazowaniu subdyfrakcyjnym, detekcji NIR i zaawansowanych zastosowaniach fotonicznych.