Thermoplasmonic enhancement of upconversion in small-size doped NaGd(Y)F-4 nanoparticles coupled to gold nanostars

Autor(es)

Martinez, Eduardo D. ^[1] ; Urbano, Ricardo R. ^[1] ; Rettori, Carlos ^{[2, 1]}

Afiliação do(s) autor(es)

^[1] Univ Estadual Campinas, UNICAMP, Gleb Wataghin Inst Phys, BR-13083859 Campinas, SP - Brazil

^[2] Fed Univ ABC UFABC, CCNH, BR-09210580 Santo Andre, SP - Brazil

• Tipo de documento: Artigo Científico
• Fonte: NANOSCALE; v. 10, n. 30, p. 14687-14696, AUG 14 2018.
• Citações Web of Science: 5

Resumo

Plasmon enhancement of luminescence is a common strategy to boost the efficiency of both fluorescence and upconversion via the augmented local electromagnetic field. However, the local heating produced when exciting the plasmon resonance of metallic nanoparticles is often overlooked. As higher temperatures are usually detrimental for radiative processes, only the electromagnetic contribution is exploited for enhancement. We show here that for small size (<20 nm) rare-earth doped -NaGd(Y)F-4 upconversion nanoparticles (UCNPs), the photothermal properties of gold nanostars (AuNSs) can be used to enhance the total emission intensity. On the contrary, for UCNPs of larger size, the thermoplasmonic effect is adverse for the emissivity. Therefore, we developed a novel strategy to enhance the emission intensity by combining the thermoplasmonic effect on AuNSs with the size-dependent thermal properties of UCNPs. Furthermore, by following the integrated intensity ratio between the emission lines of Er3+, H-2(11/2) I-4(15/2) and S-4(3/2) I-4(15/2), a direct correlation between the local temperature and the emission intensity could be established. Optical thermometry measurements show that the thermoplasmonic effect in AuNSs, with a plasmon absorption band close to the excitation wavelength, can produce an increment of the local temperature of more than 100 degrees C when exposed to 976 nm continuous-wave laser light at 50 W cm(-2) of power density. The results provided here are relevant for the design and implementation of plasmon-enhanced luminescent devices, upconversion solar-cells, bioprobes and also for hyperthermia. (AU)

• Processo FAPESP: 15/23882-4 - Intensificaçao da eficiença plasmónica da upconversion em nanocristales dopados con terras rarass
• Beneficiário: Eduardo David Martínez
• Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Pós-Doutorado
• Processo FAPESP: 12/04870-7 - Estudos de novos materiais complexos e avançados
• Beneficiário: Pascoal Jose Giglio Pagliuso
• Modalidade de apoio: Auxílio à Pesquisa - Temático
• Processo FAPESP: 15/21289-4 - EMU concedido no processo 12/04870-7: difratômetro de raios-X de pó de bancada, D2 PHASER desktop - Bruker
• Beneficiário: Pascoal Jose Giglio Pagliuso
• Modalidade de apoio: Auxílio à Pesquisa - Programa Equipamentos Multiusuários
• Processo FAPESP: 12/05903-6 - Ressonância magnética nuclear de novos materiais complexos e avançados em física da matéria condensada
• Beneficiário: Ricardo Rodrigues Urbano
• Modalidade de apoio: Auxílio à Pesquisa - Jovens Pesquisadores
• Processo FAPESP: 15/21290-2 - EMU concedido no processo 12/04870-7: analisador de distribuição de tamanho de partículas por sistema de espalhamento dinâmico de luz, com potencial zeta e peso molecular, Horiba SZ-100Z
• Beneficiário: Pascoal Jose Giglio Pagliuso
• Modalidade de apoio: Auxílio à Pesquisa - Programa Equipamentos Multiusuários
• Processo FAPESP: 11/19924-2 - Estudo e desenvolvimento de novos materiais avançados: eletrônicos, magnéticos e nanoestruturados: uma abordagem interdisciplinar
• Beneficiário: Carlos Rettori
• Modalidade de apoio: Auxílio à Pesquisa - Temático