基于阴极发光的镧系掺杂荧光粉纳米测温术

纳米尺度测温对于分析如等离激元热点和癌组织在活体组织中扩散等现象至关重要，但极具挑战性：探针通常比所研究的样品更大，且接触式技术可能改变样品自身的温度。许多发光具有温度依赖性的光稳定纳米材料，如镧系掺杂荧光粉，已被证明在光激发下是良好的非接触式测温传感器。利用此类纳米材料，我们在本工作中实现了关键里程碑，即实现读数不受衍射极限限制的空间分辨率的远场测温。我们探究了镧系掺杂NaYF$_4$纳米颗粒阴极发光中的热效应。尽管此类镧系掺杂纳米材料的阴极发光此前已被观察到，但在此我们首次将这种发射的定量特征用于定位之外的应用。我们展示了一种基于阴极发光寿命随温度变化而改变的测温方案，该方案在亚$\mu$m纳米颗粒区域中实现了$\sim$30 mK的灵敏度。该方案对于与电子束辐射损伤和光学对准波动相关的伪效应具有鲁棒性。我们预见到单纳米颗粒、纳米颗粒片以及镧系掺杂NaYF$_4$薄膜在邻近感兴趣样品时，通过阴极发光变化提供温度信息的潜力；该荧光粉甚至可保护样品免受直接接触破坏性电子束辐射。因此，基于阴极发光的测温术是一种有价值的新型纳米尺度温度监测工具，具有包括微型化电子器件中的散热与生物诊断在内的广泛应用。