Lanthanide (Ln ³⁺ )-gedoteerde foton lawine (PA) opconversie nanodeeltjes (UCNP's) kunnen worden toegepast in bio-imaging met superresolutie, geminiaturiseerde lasers, tracking van afzonderlijke moleculen en kwantumoptica.

Het blijft echter een uitdaging om een ​​fotonenlawine in colloïdaal Ln ³⁺ te realiseren -gedoteerde UCNP's bij kamertemperatuur vanwege het schadelijke uitdovingseffect geassocieerd met oppervlakte- en rooster-OH ^– gebreken.

Een onderzoeksgroep onder leiding van prof. Chen Xueyuan van het Fujian Institute of Research on the Structure of Matter van de Chinese Academie van Wetenschappen heeft een nieuwe aanpak ontwikkeld, gebaseerd op de pyrolyse van KHF₂ voor gecontroleerde synthese van Ln ³⁺ -gedoteerd KMGF₃ UCNP's, die Ln ³⁺ effectief kunnen beschermen door het uitdoven van de luminescentie door oppervlakte- en interne OH ^– defecten, en daardoor de opconversieluminescentie versterken.

Het onderzoek werd gepubliceerd in Nano Letters op 8 september.

De onderzoekers toonden aan dat de KHF₂ precursor zou de vorming van OH ^– effectief kunnen voorkomen defecten tijdens de groei van UCNP's, wat resulteerde in zeer efficiënte opconversieluminescentie in Yb ³⁺ /Er ³⁺ en Yb ³⁺ /Ho ³⁺ co-gedoteerd KMGF₃ UCNP's, met opconversie-kwantumopbrengsten van respectievelijk ~3,8% en ~1,1%, onder excitatie van 980 nm bij een vermogensdichtheid van 20 W cm ^-2 .

Met name vanwege de onderdrukte OH ^– defecten en verbeterde mate van kruisrelaxatie tussen Tm ³⁺ ionen in de aliovalente Tm ³⁺ -gedoteerd systeem, realiseerden de onderzoekers een efficiënte fotonenlawine-luminescentie van Tm ³⁺ bij 802 nm in KMGF₃ :Tm ³⁺ UCNP's bij excitatie bij 1064 nm bij kamertemperatuur, met een gigantische niet-lineariteit van ~27,0, een fotonenlawine-stijgtijd van 281 ms en een drempel van 16,6 kW cm ^-2 .

Bovendien onthulden de onderzoekers de onderscheidende voordelen van KHF₂ voor de gecontroleerde synthese van KMGF₃ :Ln ³⁺ UCNP's, die de UCNP's een instelbare grootte gaven, verbeterden de kristalliniteit en een verminderd aantal oppervlakte- en roosterdefecten (meestal OH ^– ), en tegelijkertijd verbeterde opwaartse luminescentie en bijna-infrarood-II neerwaartse luminescentie-efficiëntie.

Deze studie biedt een aanpak voor de ontwikkeling van zeer efficiënte UCNP's voor fotonenlawines met enorme niet-lineariteiten via aliovalent Ln ³⁺ doping en kristalroostertechniek.

Meer informatie: Meiran Zhang et al, Met lanthanide gedoteerde KMGF3-opconversie-nanodeeltjes voor luminescentie van fotonenlawines met gigantische niet-lineariteiten, Nanoletters (2023). DOI:10.1021/acs.nanolett.3c02377

Journaalinformatie: Nanobrieven

Aangeboden door de Chinese Academie van Wetenschappen