Met lanthanide gedoteerde KMGF₃-opconversie-nanodeeltjes voor luminescentie van fotonenlawines

Lanthanide (Ln³⁺)-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 te realiseren³⁺-gedoteerde UCNP’s bij kamertemperatuur vanwege het schadelijke uitdovende effect 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 op basis van de pyrolyse van KHF₂ voor gecontroleerde synthese van Ln³⁺-gedoteerde KMGF₃ UCNP’s, die Ln effectief kunnen beschermen³⁺ van het uitdoven van de luminescentie door oppervlakte- en interne OH^– defecten, en daardoor de opconversieluminescentie versterken.

Het onderzoek is gepubliceerd in Nano-brieven 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 Yb³⁺/Er³⁺ en Yb³⁺/Ho³⁺ co-gedoteerde KMGF₃ UCNP’s, met opconversiekwantumopbrengsten van respectievelijk ~3,8% en ~1,1%, onder excitatie van 980 nm bij een vermogensdichtheid van 20 W·cm^-2.

Specifiek vanwege de onderdrukte OH^– defecten en verbeterde kruisrelaxatiesnelheid tussen Tm³⁺ ionen in de aliovalente Tm³⁺-gedoteerd systeem, realiseerden de onderzoekers efficiënte fotonenlawineluminescentie van Tm³⁺ bij 802 nm in KMGF₃: Tm³⁺ UCNP’s bij excitatie bij 1.064 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: Ln³⁺ UCNP’s, die de UCNP’s een instelbare grootte gaven, verbeterde kristalliniteit, een verminderd aantal oppervlakte- en roosterdefecten (typisch OH^–), en gelijktijdig verbeterde opwaartse conversieluminescentie en bijna-infrarood-II neerwaartse luminescentie-efficiëntie.

Deze studie biedt een aanpak voor de ontwikkeling van zeer efficiënte fotonlawine-UCNP’s met enorme niet-lineariteiten via aliovalent Ln³⁺ doping en kristalroostertechniek.