Lanthanid-dopede KMgF₃ opkonverteringsnanopartikler til foton lavineluminescens

Lanthanid (Ln ³⁺ )-dopede foton lavine (PA) upconversion nanopartikler (UCNP'er) kan anvendes i super-opløsning bioimaging, miniaturiserede lasere, enkelt-molekyle sporing og kvanteoptik.

Det er dog stadig udfordrende at realisere foton lavine i kolloid Ln ³⁺ -doterede UCNP'er ved stuetemperatur på grund af den skadelige quenching effekt forbundet med overflade og gitter OH ^– defekter.

En forskergruppe ledet af prof. Chen Xueyuan fra Fujian Institute of Research on the Structure of Matter af det kinesiske videnskabsakademi har udviklet en ny tilgang baseret på pyrolysen af ​​KHF₂ til kontrolleret syntese af Ln ³⁺ -dopet KMgF₃ UCNP'er, som effektivt kan beskytte Ln ³⁺ fra luminescensdæmpning af overflade og indre OH ^– defekter og derved øge opkonverteringsluminescens.

Undersøgelsen blev offentliggjort i Nano Letters den 8. september.

Forskerne påviste, at KHF₂ precursor effektivt kunne forhindre dannelsen af ​​OH ^– defekter under væksten af ​​UCNP'er, hvilket resulterede i højeffektiv opkonverteringsluminescens i Yb ³⁺ /Er ³⁺ og Yb ³⁺ /Ho ³⁺ co-doteret KMgF₃ UCNP'er med opkonverteringskvanteudbytter på henholdsvis ～3,8 % og ～1,1 % under 980 nm excitation ved en effekttæthed på 20 W cm ^-2 .

Specifikt på grund af den undertrykte OH ^– defekter og øget krydsrelaksationshastighed mellem Tm ³⁺ ioner i den aliovalente Tm ³⁺ -dopet system, indså forskerne effektiv foton lavineluminescens fra Tm ³⁺ ved 802 nm i KMgF₃ :Tm ³⁺ UCNP'er ved 1.064 nm excitation ved stuetemperatur med en gigantisk ikke-linearitet på ～27,0, en foton lavinestigningstid på 281 ms og en tærskel på 16,6 kW cm ^-2 .

Derudover afslørede forskerne de karakteristiske fordele ved KHF₂ til den kontrollerede syntese af KMgF₃ :Ln ³⁺ UCNP'er, som gav UCNP'erne tunbar størrelse, forbedret krystallinitet, et reduceret antal overflade- og gitterdefekter (typisk OH ^– ), og samtidig forbedret opkonverteringsluminescens og nær-infrarød-II nedskiftende luminescenseffektivitet.

Denne undersøgelse giver en tilgang til udvikling af højeffektive foton lavine UCNP'er med enorme ikke-lineariteter gennem alivalent Ln ³⁺ doping og krystalgitterteknik.

Flere oplysninger: Meiran Zhang et al., Lanthanid-dopet KMgF3 Upconversion Nanopartikler til Photon Avalanche Luminescence med gigantiske ikke-lineariteter, nanobogstaver (2023). DOI:10.1021/acs.nanolett.3c02377

Journaloplysninger: Nanobreve

Leveret af Chinese Academy of Sciences