O Instytucie

Tytuł: Unusual Thermally Induced Blueshift and Emission Amplification of Mn²⁺ Ions Enable Filter-Free Luminescent Thermal Imaging

Autorzy: Y. Abe, M. Szymczak*, J. Zeler, L. Marciniak*

Czasopismo: Advanced Science

DOI: 10.1002/advs.75943

Przejście od punktowego pomiaru temperatury do bezfiltrowego obrazowania termicznego wymaga termometrów luminescencyjnych wykazujących wyraźne, indukowane temperaturą zmiany widmowe w zakresach spektralnych odpowiadających czułości kanałów czerwonego, zielonego i niebieskiego (RGB) standardowej kamery cyfrowej. W niniejszej pracy przedstawiono taki układ, którego działanie opiera się na synergicznym współdziałaniu dwóch procesów: (i) termicznej redystrybucji obsadzeń pomiędzy składowymi wibronowymi stanu wzbudzonego ⁴T₁ jonów Mn²⁺ oraz (ii) termicznie wspomaganej populacji tego stanu z poziomów pułapek. Współistnienie tych mechanizmów prowadzi do jednoczesnego termicznego wzmocnienia oraz przesunięcia ku krótszym długościom fali pasma emisji Mn²⁺ związanego z przejściem elektronowym ⁴T₁ → ⁶A₁.

W konsekwencji intensywność emisji rejestrowanej w zielonym kanale (G) wzrasta wraz z temperaturą, podczas gdy sygnał luminescencyjny obserwowany w kanale niebieskim (B) ulega stopniowemu osłabieniu. Jak wykazano na przykładzie materiału Ca₁₉Zn₂(PO₄)₁₄:Mn²⁺, Ce³⁺, układ ten umożliwia nie tylko czułe, bezfiltrowe obrazowanie termiczne, ale również realizację dwóch dodatkowych metod odczytu ratiometrycznego: pierwszej bazującej na stosunku intensywności emisji jonów Ce³⁺ i Mn²⁺ oraz drugiej wykorzystującej dwa różne zakresy spektralne pasma emisji Mn²⁺. Osiągnięte maksymalne czułości względne wynoszą odpowiednio 0,42 oraz 2,7% K^-1.

Przedstawione podejście stanowi nową strategię termometryczną, umożliwiającą prostą, niezawodną i ekonomiczną realizację dwuwymiarowego obrazowania temperatury bez konieczności stosowania filtrów optycznych ani specjalistycznej aparatury pomiarowej.

Badania te były finansowane w ramach projektu Fundacji na rzecz Nauki Polskiej First Team FENG.02.02-IP.05-0018/23 w ramach programu Fundusze Europejskie dla Nowoczesnej Gospodarki 2021-2027 (FENG).