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Multiband emission from single β-NaYF_(4)(Yb,Er) nanoparticles at high excitation power densities and comparison to ensemble studies

引用

Nano Research 2021年第11期14卷 4107-4115页

作者： Florian Frenzel Christian Würth oleksii dukhno Frédéric Przybilla Lisa MWiesholler Verena Muhr Thomas Hirsch Yves Mély Ute Resch-Genger Federal Institute for Materials Research and Testing(BAM) Division 1.2 BiophotonicsRichard-Willstaetter-Str.1112489BerlinGermany Laboratory of Biomaging and Pathologies UMR 7021 CNRSUniversity of Strasbourg67000StrasbourgFrance Institute of Analytical Chemistry Chemo-and BiosensorsUniversity of Regensburg93040RegensburgGermany Institut für Physik and IRIS Adlershof Humboldt-Universität zu BerlinNewtonstraße 1512489BerlinGermany

Ensemble and single particle studies of the excitation power density (P)-dependent upconversion luminescence (UCL) of core and core-shell β-NaYF_(4):Yb,Er upconversion nanoparticles (UCNPs) doped with 20% Yb^(3+) and 1% or 3% Er^(^(3+)) performed over a P regime of 6 orders of magnitude reveal an increasing contribution of the emission from high energy Er^(3+) levels at P > 1 kW/cm^(2). This changes the overall emission color from initially green over yellow to white. While initially the green and with increasing P the red emission dominate in ensemble measurements at P < 1 kW/cm^(2), the increasing population of higher Er^(^(3+)) energy levels by multiphotonic processes at higher P in single particle studies results in a multitude of emission bands in the ultraviolet/visible/near infrared (UV/vis/NIR) accompanied by a decreased contribution of the red luminescence. Based upon a thorough analysis of the P-dependence of UCL, the emission bands activated at high P were grouped and assigned to 2–3, 3–4, and 4 photonic processes involving energy transfer (ET), excited-state absorption (ESA), cross-relaxation (CR), back energy transfer (BET), and non-radiative relaxation processes (nRP). This underlines the P-tunability of UCNP brightness and color and highlights the potential of P-dependent measurements for mechanistic studies required to manifest the population pathways of the different Er^(3+) levels.

关键词： upconversion luminescence single nanoparticle study high power excitation emission color luminescence decay kinetics

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