Netop skræddersy dynamikken ved opkonverteringens luminescens

Et team af forskere ledet af professorerne Hong Zhang (fotonisk nanokemi) og Evert Jan Meijer (beregningskemi) fra Van 't Hoff Instituttet for Molekylær Videnskab ved Universitetet i Amsterdam har væsentligt forbedret den grundlæggende forståelse af fotonopkonvertering i nanopartikler. Gennem den kollaborative tilgang med avanceret spektroskopi og teoretisk modellering var de i stand til at fastslå, at migrationen af ​​excitationsenergi i høj grad påvirker opkonverteringsdynamikken. I en nylig udgivelse i Angewandte Chemie , forskerne beskriver, hvordan 'dopant ioner rumligt adskilte' (DISS) nanostrukturer kan bruges til at skræddersy opkonverteringsdynamikken.

Opkonvertering er en proces, hvor en foton udsendes ved absorption af flere fotoner med lavere energi. Det 'jacks' således lyset fra lavere til højere frekvenser. Typisk, opkonverteringsmaterialer er dopet med lanthanidioner. Disse er i stand til at flytte det nær infrarøde (NIR) lys fra en økonomisk kontinuerlig bølge milliwatt laser mod højere, synlige frekvenser og endda ind i det ultraviolette (UV) spektrale område. Potentielle anvendelser inden for superopløsningsspektroskopi, datalagring med høj tæthed, anti-forfalskning og biologisk billeddannelse og foto-induceret terapi.

Opkonverteringsluminescensdynamik har længe været antaget at være bestemt udelukkende af de emitterende ioner og deres vekselvirkninger med tilstødende sensibiliserende ioner. Den aktuelle forskning viser, at dette ikke gælder for nanostrukturer. Zhang, Meijer og kolleger viser, at i nanokrystaller er luminescenstidsadfærden alvorligt påvirket af migrationsprocessen af ​​excitationsenergien.

Forskerne afslørede den intime forbindelse mellem energimigrationens tilfældige natur og opkonverteringsluminescenstidsadfærden ved hjælp af en komplementær tilgang af avanceret spektroskopi og tidsopløst Monte Carlo-simulering. Som modelsystemer brugte de såkaldte 'dopantioner rumligt adskilte' (DISS) nanostrukturer, hvor aktivatorer og sensibilisatorer er placeret i forskellige rumlige områder af en enkelt nanopartikel. Indflydelsen fra energimigration kunne skildres kvantitativt ved at indstille tykkelsen af ​​migrationslaget eller ved at variere migratorion -dopantkoncentrationen i migrationslaget.

Det blev således fastslået, at som følge af dens tilfældige natur, migrationen af ​​excitationsenergien mellem to vilkårlige punkter i krystallen tager længere tid, end hvad man ville forvente af en lige punkt-til-punkt energioverførsel.

Baseret på denne nye grundlæggende indsigt, forskerne var i stand til med succes at kontrollere opkonverteringsluminescenstidsadfærden (enten stignings- eller henfaldsprocessen) ved at indstille energimigreringsvejene i forskellige specifikt designede DISS nanostrukturer. Dette resultat er væsentligt for anvendelsen af ​​denne slags materialer i superopløsningsspektroskopi, datalagring med høj densitet, anti-forfalskning og biologisk billeddannelse.