NIR II-responsive photon upconversion through energy migration in an ytterbium sublattice

光子上转换 镧系元素 材料科学 光电子学 光子学 激发 纳米结构 物理 发光 离子 兴奋剂 纳米技术 化学 有机化学 量子力学
作者
Bo Zhou,Yan Long,Jinshu Huang,Xuelong Liu,Lili Tao,Qinyuan Zhang
出处
期刊:Nature Photonics [Nature Portfolio]
卷期号:14 (12): 760-766 被引量:306
标识
DOI:10.1038/s41566-020-00714-6
摘要

Smart control of photon upconversion is a key strategy for lanthanide-based materials used in biological and photonic applications. However, this has remained a challenge for the upconversion luminescence of lanthanides under excitation in the second near-infrared (NIR II) biowindow instead of at the conventional 980 and 808 nm wavelengths. Here, we report a conceptual design for an energy-migratory ytterbium sublattice in an erbium-sensitized multilayer core–shell nanostructure that is able to achieve photon upconversion from a broad range of lanthanide ions (Yb3+, Tm3+, Ho3+, Gd3+, Eu3+ and Tb3+) under 1,530 nm irradiation. The quasi-single-band upconversion in the first near-infrared (NIR I) biowindow is also realized through fine manipulation of the introduced cross-relaxations. By establishing an interfacial energy-transfer-mediated nanostructure, we also gain a deep insight into the mechanistic features of the energy migration. These results open new opportunities in a variety of frontier applications, such as information security.
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