В этой работе мы предлагаем использовать двойной плазмонный резонанс золотого наностержня, покрытого кремнеземом, для увеличения интенсивности апконверсионной люминесценции нанокристаллов CaF2: Yb3 +, Er3 + и одновременной модуляции состояния поляризации красного и зеленого излучения. Мы успешно синтезировали гибридные плазмонные наноструктуры с повышающим преобразованием, состоящие из УХНЦ CaF2: Yb3 +, Er3 + размером менее 10 нм, прикрепленных к покрытым кремнеземом золотым наностержням в геометрии ядро-оболочка-сателлит.
Путем точной настройки толщины кремнеземной оболочки мы достигли максимального коэффициента усиления люминесценции ~ 7-кратного для красной полосы излучения и ~ 3-кратного для зеленой полосы излучения. Благодаря усиленному излучению с повышающим преобразованием такие гибридные плазмонные наноструктуры с повышающим преобразованием демонстрируют лучший контраст многофотонной визуализации клеток HeLa как в красном, так и в зеленом каналах визуализации, демонстрируя их использование в качестве многообещающего нелинейного флуоресцентного зонда для высококонтрастных приложений биовизуализации. Что еще более интересно, мы наблюдали, что два излучения моногибридных наноструктур сильно поляризованы с характерным поляризационным откликом, с поляризацией красного излучения вдоль длинной оси золотого наностержня и поляризацией зеленого излучения вдоль поляризации падения.
Мы проанализировали физическое происхождение поляризованного излучения с повышающим преобразованием, объединив теорию резонансного переноса энергии Форстера и двухполупериодное электродинамическое моделирование. Мы обнаружили, что когерентное взаимодействие между эмиссионными диполями UCNC и плазмонными диполями GNR определяет состояние поляризации эмиссии в различных ситуациях и, таким образом, открывает путь к точному контролю анизотропии эмиссии UC для широкого диапазона биовизуализации и биосенсинга. приложения, а также поляризованные осветители в спектрометрах и поляризационно-чувствительные наноразмерные фотодетекторы.
Соответствующая работа опубликована в журнале Light: Science. Приложения.