自感应掺铕纳米颗粒的高效短波红外上转换
光学
2024-12-02 v1 介观与纳米尺度物理
材料科学
摘要
光子上转换将多个低能量光子组合成一个高能量光子， biomedical、催化和光子学应用领域广泛关注。掺铱纳米颗粒（LnNP）是一种独特的上转换纳米转换器，可实现超大反斯托克斯位移（>1000 nm）和高光稳定性，无光褪色和光闪烁。LnNP 的激发波长局限于第二近红外窗口（1000-1700 nm），主要由掺铕离子在约 1.5 m 处的吸收实现感应。本文演示了 novel 自感应掺铕（Ho）纳米转换器，将感应范围扩展至 2 m 短波红外波段，并实现对 640 nm 的高效上转换。我们表明，这种上转换是一种 4 光子转换过程，基于能量转移上转换机制。通过严格控制掺杂浓度和壳层结构，我们实现了上转换-下转换效率比达 15.2%，接近理论最大值的一半。将 Ho 掺杂 LnNPs 放置于等离子体纳米腔装置中，可实现发射强度提升（最高可达 32 倍），由于 Ho 从 29 s 缩短至 <1 ns，表明其 Purcell 增益因子达 3x10。这些结果开拓了短波红外上转换和 LnNP 发射纳米等离子体增强的前沿应用，具有检测、诊疗、光子学和光子电子学等潜在应用价值。
引用
@article{arxiv.2411.19949,
title = {Efficient short-wave infrared upconversion by self-sensitized holmium-doped nanoparticles},
author = {Rakesh Arul and Zhao Jiang and Xinjuan Li and Fiona M. Bell and Alasdair Tew and Caterina Ducati and Akshay Rao and Zhongzheng Yu},
journal= {arXiv preprint arXiv:2411.19949},
year = {2024}
}