Трехслойная конструкция повышает эффективность наночастицы в 100 раз

11 ноябрь, 2015 - 15:15
Трехслойная конструкция повышает эффективность наночастицы в 100 раз

В Институте Лазеров, фотоники и биофотоники (ILPB) при Университете Баффало (UB) разработали наночастицу, которая преобразует инфракрасное излучение в видимое и ультрафиолетовое с рекордной эффективностью: примерно в 100 раз выше, чем наночастицы, создававшиеся до этого.

Особенность новой наночастицы заключается в её многослойной конструкции. Слой органического пигмента покрывает неодимовую оболочку, окружающую ядро из других редкоземельных элементов — иттербия и тулия.

Органический краситель поглощает низкоэнергетичные фотоны ближнего ИК-диапазона. Он действует как антенна, улавливая свет и передавая энергию внутрь наночастицы.

Наиболее эффективный перенос энергии происходит между молекулами или ионами, которые нуждаются в одинаковом количестве энергии для перехода в возбужденное состояние. Молекулы пигмента и ионы иттербия в этом отношении существенно различаются.

Поэтому в наночастицу был добавлен слой неодима — его возбужденное состояние занимает промежуточное место и играет роль дополнительной ступеньки при передаче энергии от пигмента к иттербию, а затем, к светоизлучающим ионам тулия.

В конечном итоге такого преобразования, три, четыре или пять инфракрасных фотона, поглощённые наночастицей, порождают один обладающий высокой энергией фотон в синем или ультрафиолетовом диапазоне.

Практичный способ высокоэффективного преобразования с повышением частоты (upconverting) сможет найти применение в многих областях, таких как оптоэлектроника, солнечная энергетика, медицинская интроскопия или защита документов от подделки.

Статья об этом достижении была подготовлена при участии Харбинского технологического института (Китай), Королевского технологического института (Швеция), Томского государственного университета (Россия) и Медицинской школы Массачусетского университета. Она опубликована онлайн в журнале Nano Letters.