Mn2 +イオンをドープすることによる単一のβ-NaYF4：Yb / Er微結晶からの増強された赤色アップコンバージョン発光の再検討

はじめに

ランタニドをドープしたナノ材料の光子UCは、その優れた分光特性により、最近大きな注目を集めています[1、2]。目に見えるUC構造に対する最も重要な近赤外線（NIR）として、Yb ³⁺ からのETに基づくランタニド増感UC Er ³⁺ へ （Tm ³⁺ / Ho ³⁺ ）β-NaYF ₄ ナノクリスタルは、カラーディスプレイ[3、4]、超解像ナノスコピー[5、6]、セキュリティ印刷[7、8]、レーザー材料[9、10、11]、および生物学的発光におけるその有望な用途のために集中的に研究されてきました。ラベル[12、13、14]。ランタニドイオンが4f ^N の存在量を持っていることはよく知られています 通常、マルチバンド放射を生成する電子状態[15]。ただし、マルチバンド放射は、複数のアップコンバートプローブでターゲットにされたサンプルの定量的イメージングを不可能にし、イメージングの感度を低下させます[16]。したがって、シングルバンドUCエミッションを達成するためにいくつかの努力がなされてきました[17、18、19]。たとえば、遷移金属（Mn ²⁺ など）をYb / Erに共ドープしたナノ材料にすると、Er ^{3+ およびMn 2+ [20,21,22,23,24]。}

現在までに、Mn ²⁺ を調査するためにいくつかの研究が行われてきました。 バイオイメージング[20、25]、センサー[26、27、28]、およびバイオマーカー検出[29]に適用するためのドープされたYb / Erナノ結晶。実際、ナノクリスタルと比較して、マイクロクリスタルは、その高い結晶化度と発光効率[33]に基づいて、マイクロオプトエレクトロニクスデバイス[30]、体積カラーディスプレイ[31、32]、およびマイクロレーザー[11]でのアプリケーションに多くの利点をもたらします。したがって、微結晶のUC発光特性を研究することは非常に重要です。ただし、サンプルの現在の測定のほとんどは、粉末または有機溶媒で実行されたため、深刻な過熱の問題が発生し、隣接する微結晶の影響を受ける可能性があります[34]。したがって、単一の微結晶からUC発光と調整可能な色を探索することで、環境の影響を効果的に回避し、マイクロオプトエレクトロニクスデバイスでのさらなる用途を広げることができます。

さらに、980 nmのCWレーザーで励起されると、Yb / Erを共ドープした材料は通常、赤（650 nm）と緑（525および545 nm）のUC放射と、より弱い青（410 nm）の放射を放出します。一般に、赤と緑のUC放射がスペクトルを支配し、青の放射は比較的弱いままです。これらの3つのUC放出と比較して、他のUC放出はYb / Er共ドープ材料ではめったに観察されません。以前、新たに出現した560 nm（ ² ）を観測しました H _9/2 → ⁴ I _13/2 ）単一のβ-NaYF ₄ からの放出 ：飽和励起下のYb / Er微結晶[35]。励起強度が増加すると、560 nmの発光は急速に増加し、従来の緑色の発光（545 nm）をさらに上回ります。ただし、Yb / Er / Mnトリドープ材料の場合、 ² の遷移 H _9/2 → ⁴ I _13/2 （560 nm）Er ³⁺ レベル ⁴ を設定するETチャネルとしても機能します T ₁ Mn ²⁺ の 、私たちの知る限り、これまでのところ報告も調査もされていません。したがって、Yb / Er / Mnトリドープ材料の場合、新しい緑色（560 nm）のUC発光の抑制とR / G比の調整はほとんど不明なままです。したがって、前述のように、単一のβ-NaYF ₄ からのUC放出を利用します。 ：Yb / Er / Mn微結晶は、新しいR / G比の調整を理解し、マイクロオプトエレクトロニクスデバイスでのアプリケーションの範囲を拡大するのに役立ちます。

この作業では、Mn ²⁺ を合成しました。 ドープされたβ-NaYF ₄ ：Yb / Er微結晶を簡単なワンポット水熱法で。単一の微結晶からのUC発光特性と関連する発光色を、×100の対物レンズ（NA =1.4）を備えた倒立蛍光顕微鏡を含む高性能発光収集システムを使用して調査しました。 980 nm CWレーザーで励起され、ドープされたMn ²⁺ を徐々に増やすと、発光色を緑から赤に調整できます。 0から30mol％のイオン。従来の650〜545nmと新しい650〜560nmのチューニングR / G比について詳しく説明しました。調整可能なUC発光色のメカニズムも、Mn ²⁺ 間のETプロセスに基づいて実証されました。 およびEr ³⁺ 。

メソッド

資料

原材料はアラジン（中国）から購入しました：Y ₂ O ₃ （99.99％金属ベース）、Yb ₂ O ₃ （99.99％金属ベース）、Er ₂ O ₃ （99.99％金属ベース）、MnCl ₂ ・4H ₂ O（99％金属ベース）、硝酸（HNO ₃ 、分析試薬）、エチレンジアミン四酢酸二ナトリウム塩二水和物（EDTA-2Na、分析試薬）、水酸化ナトリウム（NaOH、分析試薬）、フッ化アンモニウム（NH ₄ F、分析試薬）。すべての化学物質は、さらに精製することなく、受け取ったままの状態で使用されました。

β-NaYFの合成 ₄ 微結晶

β-NaYF ₄ を合成しました ：Yb / Er / Mn（20/2 /×mol％）微結晶、修正水熱法による。 Y ₂ O ₃ 、Yb ₂ O ₃ 、およびEr ₂ O ₃ 粉末を希硝酸塩溶液に溶解し、加熱して残留硝酸塩を除去し、Ln（NO ₃ ）の透明な溶液を得た。 ） ₃ （0.2 M）。典型的な手順では、EDTA-2Na（1 mmol）とNaOH（6 mmol）をフラスコ内で連続的に攪拌しながら13.5 mLの脱イオン（DI）水と混合し、透明な溶液を得ました。次に、5mLのMnCl ₂ （0.2 M）およびLn（NO ₃ ） ₃ （0.2 M）水溶液、8mLのNH ₄ F（2.0 M）水溶液、および7 mLの希塩酸（1 M）をフラスコに注入しました。混合物を1.5時間撹拌し、次に50 mLのテフロンで裏打ちされたオートクレーブに移し、200℃で40時間加熱した。得られたままの沈殿物を遠心分離によって収集し、DI水およびエタノールで数回洗浄し、最後に空気中で40℃で12時間乾燥させた。 Mn ²⁺ の濃度が異なる微結晶 MnCl ₂ の量を変えることで達成できます 水溶液（合計Y ³⁺ 、Yb ³⁺ 、Er ³⁺ 、およびMn ²⁺ イオン含有量は1ミリモルで一定に保たれました。

物理的特性評価

微結晶のX線回折（XRD）パターンは、40kVおよび200mAのCuK放射線を用いたX線回折計を使用して測定されました（Rigaku）。 β-NaYF ₄ の形態 ：Yb / Er /（20/2 /×mol％）微結晶は、走査型電子顕微鏡（SEM）（S4800、日立）によって特徴づけられました。

フォトルミネッセンス測定

フォトルミネッセンス実験では、980 nm CWレーザーを倒立顕微鏡（Observer A1、Zeiss）に導入し、×100の対物レンズ（NA =1.4）を使用して微結晶に焦点を合わせました。励起スポットの直径は〜2.0μmと推定されました。 UC発光は同じ対物レンズで収集され、分析のために電荷結合装置（CCD）（DU970N、Andor）を備えた分光計（SR-500I-B1、Andor）に送られました。単結晶の発光色をカメラ（DS-Ri2、Nikon）を用いて記録した。 UC発光寿命は、デジタルオシロスコープ（1 GHz、InfiniiVsionDSOX6002A、KEYSIGHT）とナノ秒パルスレーザー（パルス幅20 ns、繰り返し周波数10 Hz）を励起源として使用して測定しました。すべての測定は室温で行われました。

結果と考察

β-NaYF ₄ の典型的な形態 ：Yb / Er / Mn（20/2 / x mol％）微結晶は、図1a〜eに示すように、SEM画像によって特徴付けられます。これは、微結晶が形態の純粋な円筒相と均一なサイズを示し、直径が〜3.5μm、長さが〜13μmであることを示しています。特に、Mn ²⁺ をドーピングすると、微結晶の長さはわずかに10μmに減少します。 イオンは30mol％に増加します。図1gは、β-NaYF ₄ のXRDパターンを示しています。 ：異なる濃度のMn ²⁺ をドープしたYb / Er微結晶 イオン。すべての回折ピークは、NaYF ₄ の標準的な円筒相とよく一致していました。 （JCPDS No.16-0334）。重要なのは、ドーピングMn ²⁺ イオンが増加しても、微結晶は依然として円筒相を維持し、他の不純物ピークは観察されません。 Mn ²⁺ の添加が イオンは、β-NaYF ₄ の形態と結晶相に影響を与えません。 微結晶。さらに、いくつかの回折ピークは、ドーピングMn ²⁺ として、最初にわずかに高い角度に向かってシフトします。 イオンは0から10mol％まで徐々に増加し、Mn ²⁺ をさらに増加させると、より低い角度にドリフトバックします。 30 mol％までのイオン。結果はおそらく、Mn ²⁺ が小さいことを示しています。 イオン（ r =1.10Å）は主に大きなNa ⁺ を占めます （ r =1.24Å）低Mn ²⁺ のサイト 濃度（10 mol％未満）を入力してから、Y ³⁺ を挿入します。 （ r =1.159Å）NaYF ₄ のサイト Mn ²⁺ のホスト格子 イオンは30mol％まで増加します[4、36、37]。また、β-NaYF ₄ の組成分析も行いました。 図1g–hに示すように、EDSによる微結晶。 EDS分析により、Mnフリーのβ-NaYF ₄ にNa、F、Y、Yb、およびEr元素が存在することが確認されます。 ：Yb / Er微結晶（図1g）。比較すると、Mn元素はβ-NaYF ₄ に含まれています。 ：30 mol％Mn ²⁺ をドープしたYb / Er微結晶 イオン（図1h）、Mn ²⁺ を示します イオンはNaYF ₄ によく埋め込まれています ホストラティス。

NaYF ₄ のSEM顕微鏡写真 ：Yb / Er（20/2 mol％）微結晶に a をドープ 0、 b 5、 c 10、 d 20および e 30 mol％Mn ²⁺ それぞれイオン。 f NaYF ₄ のXRDパターン 異なる濃度のMn ²⁺ をドープした微結晶 イオン。 NaYF ₄ のEDS分析 ：Yb / Er（20/2 mol％）微結晶に g をドープ 0および h 30 mol％Mn ²⁺ それぞれイオン

図2aは、単一のβ-NaYF ₄ からのUC排出量を示しています。 ：Yb / Er（20/2 mol％）さまざまな量のMn ²⁺ をドープした微結晶 比較的低い励起強度（1.59 kW cm ⁻² ）のイオン ）。挿入図は、顕微鏡から観察された単一の微結晶とそれに対応する発光色を示しています。 ² の遷移に起因する、3つの主要な発光バンドがスペクトルにインデックス付けされています。 H _9/2 → ⁴ I _15/2 （410 nm）、（ ² H _11/2 / ⁴ S _3/2 ）→ ⁴ I _15/2 （525および545 nm）、および ⁴ F _9/2 → ⁴ I _15/2 （650 nm）Er ³⁺ から 、 それぞれ。 Mnを含まない単結晶の場合、緑色（545 nm）の発光が発光スペクトルを支配し、単一の微結晶が緑色の発光色で点灯します。ドーピングを増やすとMn ²⁺ イオンの場合、赤色（650 nm）の発光は著しく成長し、徐々に緑色の発光を上回り、最終的にはドーパントMn ²⁺ としてスペクトルを支配します。 イオンは30mol％に達します。したがって、発光色は緑から黄色に調整でき、最終的には赤になります。図2bは、図2aのUC発光スペクトルに基づいて計算されたCIE色度座標を示しています。 Mn ²⁺ をドープすると、UCの発光色が緑から赤に変化することは明らかです。 イオンは0から30mol％に増加します。図2cに示すように、励起強度が95.52 kW cm ^-2 まで増加するにつれて、いくつかの新しいUC発光バンドを観察することは興味深いことです。 。これらの新しいUC排出量は、Mnフリーと高Mn ²⁺ の両方で検出できます。 ドープされた微結晶。以前の研究[35]で示されているように、これらの新しいUC排出量は ⁴ の遷移に起因します。 G _11/2 → ⁴ I _15/2 （382 nm）、 ⁴ F _5/2 → ⁴ I _15/2 （457 nm）、 ² K _15/2 → ⁴ I _13/2 （472 nm）、 ⁴ G _11/2 → ⁴ I _15/2 （506 nm）、 ² H _9/2 → ⁴ I _13/2 （560 nm）、および ⁴ G _11/2 → ⁴ I _11/2 （618 nm）Er ³⁺ 、 それぞれ。 Mn ²⁺ に関係なく、新たに出現したUC排出量を観測できることは注目に値します。 濃度と新しい560nmの発光は、従来の緑色（545 nm）の発光よりも常に強力です。

a 単一のβ-NaYF ₄ からのUC発光スペクトル ：Yb / Er（20/2 mol％）微結晶ドーピング、0、10、および30 mol％Mn ²⁺ 1.59 kW cm ⁻² の励起強度下のイオン 。 b 単一のβ-NaYF ₄ のUC発光のCIE色度座標 ：Yb / Er（20/2 mol％）微結晶にさまざまな量のMn ²⁺ をドープ イオン。 c 単一のβ-NaYF ₄ からのUC発光スペクトル ：Yb / Er（20/2 mol％）微結晶ドーピング、0、10、および30 mol％Mn ²⁺ 95.52 kW cm ⁻² の励起強度下のイオン

これらの新しいUC排出量を明確に特定するために、単一のβ-NaYF ₄ からのUC排出量を示しました。 ：Yb / Er / Mn（20/2/10 mol％）微結晶、図3aに示すように、さまざまな励起強度で。 1.59 kW cm ⁻² の励起強度で 、赤の発光（650 nm）は従来の緑の発光（545 nm）よりもはるかに強く、新しい560 nmのUC発光は従来の緑（545 nm）の発光よりも低くなっています。さらに、382、506、および472 nmを中心とするUC放射は、スペクトルと区別できます。励起強度を9.55kW cm ⁻² まで上げる場合 、560nmの発光は545nmを超え、赤色の発光（650 nm）に匹敵するようになります。さらに、506nmと472nmの放射がより効率的になります。励起強度をさらに31.84kW cm ⁻² まで上げると 、560 nmの発光は劇的に増加し、従来の赤色の発光（650 nm）を上回ります。これは、Mn ²⁺ をドーピングした以前のレポートとは異なります。 イオンは赤色発光の増強を促進するだけであり、新しい560 nmUC発光は観察されませんでした。一方、382、506、および472 nmで新たに出現する発光バンドは、励起強度が95.52 kW cm ^-2 に上昇すると、さらに増加し​​ます。 。図3bでは、単一のβ-NaYF ₄ のR / G比を計算しました。 ：Yb / Er / Mn（20/2/10 mol％）異なる励起強度での微結晶。比率（560から545 nm）は〜0.97から1.96に増加し、励起強度は1.59から95.52 kW cm ² まで変化します。 。ただし、励起強度が増加すると、従来のR / G比（650〜545 nm）は1.27から1.72に上昇し、新しいR / G比（650〜560 nm）は1.31から0.87に低下します。図3cは、単一のβ-NaYF ₄ の励起強度に対するUC発光強度の依存性を示しています。 ：Yb / Er / Mn（20/2/10 mol％）微結晶。低電力励起下では、4つのUC放出の傾きはすべて〜2に近くなります。さらに、これらの傾きは、高出力励起下では1未満になります。これは、飽和効果に起因するはずです[38,39,40,41]。

a 単一のβ-NaYF ₄ からのUC発光スペクトル ：Yb / Er / Mn（20/2/10 mol％）微結晶に異なる励起強度を照射。 b 単一のβ-NaYF ₄ のUC発光強度比 ：Yb / Er / Mn（20/2/10 mol％）微結晶を励起強度の関数として。 c 単一のβ-NaYF ₄ の励起強度に対するUC発光強度の依存性 ：Yb / Er / Mn（20/2/10 mol％）微結晶

図4は、単一のβ-NaYF ₄ の調整可能なUC発光強度比を示しています。 ：Yb / Er（20/2 mol％）さまざまな濃度のMn ²⁺ による微結晶ドーピング 低および高励起強度の下で。比率（560〜545 nm）は、低出力励起では1未満ですが、高出力励起では1.5より大きくなります。低電力励起（図4a）では、従来のR / G（650〜545 nm）比は基本的に新しいR / G（650〜560 nm）比と一致しています。これらの2つの比率（650〜545および650〜560 nm）は、〜0.87から始まり、ドーピングMn ²⁺ で徐々に〜2.7に増加します。 イオンは0から30mol％まで変化します。それにもかかわらず、これらの2つの比率は、高い励起強度の下で異なります（図4b）。従来の比率（650から545 nm）は〜1.2から3.4に上昇しますが、ドープされたMn ²⁺ の場合、新しい比率（650から560 nm）は0.66から2.15に増加します。 イオンは0から30mol％まで成長します。これは、従来のR / G比と新しいR / G比が、低い励起強度と高い励起強度の下で異なる調整可能な傾向を示すことを示しています。新たに出現した560nm UC発光は、多色UC発光の調整可能性を変化させます。これは、以前に報告された結果[20,21,22,23,24]とは異なります。

単一のβ-NaYF ₄ のUC発光強度比 ：Yb / Er（20/2 mol％）さまざまな濃度のMn ²⁺ による微結晶ドーピング （ a の励起強度下のイオン ）1.59 kW cm ⁻² および（ b ）95.52 kW cm ⁻²

β-NaYF ₄ でマルチカラーを調整する原理をさらに理解する ：Yb / Er / Mn微結晶、Yb ³⁺ のエネルギー準位図を調べました 、Er ³⁺ 、およびMn ²⁺ イオン。図5に示すように、ポピュレーションプロセス、UC排出量、非放射遷移、およびETプロセスのメカニズムも表示されます。 β-NaYF ₄ の場合 ：Yb / Er微結晶、Yb ³⁺ イオンは980nmの入射光を吸収し、Er ³⁺ に入射します。 ETプロセスを介して基底状態から励起状態へのイオン。 2つの可能なアプローチにより、Er ³⁺ のより高い励起レベルを促進できます。 。 1つは、緑色の発光レベル（ ⁴ ）によるものです。 S _3/2 および ² H _11/2 ） ⁴ にデータを入力します G、 ² Kマニホールド、もう1つは赤色発光レベル（ ⁴ F _9/2 ） ² のレベルを設定します H _9/2 。 Er ³⁺ の興奮したレベル が入力されると、かなりのUC排出量が生成されます。したがって、従来の緑（545 nm）および赤（650 nm）のUC放出を簡単に観察できます。これは、非常に効率的なUC放出を示し、広く研究されています。一般的に、560 nmの発光の場合（ ² H _9/2 → ⁴ I _13/2 ）、 ² のレベル H _9/2 赤色発光レベル（ ⁴ F _9/2 ）、または緑色の発光レベル（ ⁴ S _3/2 、 ² H _11/2 ） ⁴ にデータを入力します G、 ² K多様体（その後、 ² のレベルへの非放射遷移をたどります H _9/2 ）。同様に、382 nm、410 nm、457 nm、472 nm、および506 nmのUC放出は、Er ³⁺ のより高い放出レベルの母集団と同じ原理に基づいています。 。さらに、618 nmの放射は、 ⁴ の投入に起因します。 G、 ² Kマニホールドと ⁴ の遷移 G _11/2 → ⁴ I _11/2 。

Yb ³⁺ のエネルギー準位図 、Er ³⁺ 、およびMn ²⁺ 980 nm CWレーザー励起下で、考えられるET、非放射遷移、およびUC放出のメカニズムも図に示されています

さらに、Mn ²⁺ の場合 ドープされたβ-NaYF ₄ ：Yb / Er微結晶、UC発光色を緑から赤に変えることができます。図5に示すように、Er ³⁺ からの2つの可能なETルートがあります。 Mn ²⁺ へ ：1つは ² からのものです H _9/2 → ⁴ I _13/2 Er ³⁺ の遷移 〜 ⁶ A ₁ → ⁴ T ₁ Mn ²⁺ の遷移 （プロセスET1）、もう1つは ⁴ からのものです S _3/2 → ⁴ I _15/2 Er ³⁺ の遷移 〜 ⁶ A ₁ → ⁴ T ₁ Mn ²⁺ の遷移 （ET2を処理します）。これらの2つのプロセス（ET1とET2）は、560nmと545nmのUCエミッションを減少させます。レベル ⁴ の場合 T ₁ Mn ²⁺ の が入力されると、吸収されたエネルギーは ⁴ から逆方向に移動します T ₁ → ⁶ A ₁ Mn ²⁺ の遷移 ⁴ へ I _15/2 → ⁴ F _9/2 Er ³⁺ の遷移 （ET3を処理します）。このプロセスにより、レベル ⁴ の人口が増加します。 F _9/2 Er ³⁺ で 赤（650 nm）のUC発光を増やします。したがって、調整可能な色の原理は、レベル ² の非放射ETから導き出されます。 H _9/2 および ⁴ S _3/2 Er ³⁺ の レベル ⁴ T ₁ Mn ²⁺ の 、次にback-ETが続き、レベル ⁴ の人口が増加します。 F _9/2 Er ³⁺ で 、これにより、R / G比が向上します[20、22]。従来の緑色発光（545 nm）の抑制と赤色発光の増強は、Er ³⁺ 間の強い相互作用を意味します。 およびMn ²⁺ イオン、それらのETプロセスが重要であることを確認します。以前の研究では、 ² の遷移 H _9/2 → ⁴ I _13/2 非放射遷移アプローチと見なされ、560nmのUC放出ではめったに放出されませんでした。実際、図5に示すように、560nmの発光遷移もEr ³⁺ からのETチャネルです。 Mn ²⁺ へ 。したがって、ポンプ出力が増加すると、560 nm UC遷移はETプロセス（ET1）と競合します。より低いポンプパワーの下では、吸収されたエネルギーは主にEr ³⁺ のより低い励起状態になります。 また、新しい緑色（560 nm）の発光は、従来の緑色（545 nm）の発光よりも比較的弱く、同時にプロセスET1では不十分です。ポンプ出力が十分に高い場合、Er ³⁺ のより高い励起状態 効率的に配置できるため、560nmの発光とプロセスET1の競合につながります。

次に、β-NaYF ₄ の時間分解測定を調べました。 ：異なる量のMn ²⁺ をドープしたYb / Er微結晶 イオン。図6は、赤（650 nm）、従来の緑（545 nm）、および新しい緑（560 nm）のUC放射の減衰曲線と対応する寿命を示しています。赤色発光の寿命（650 nm）は、UC発光の中で最も長いことがわかります。レベル ² H _9/2 Er ³⁺ の 赤色発光レベル（ ⁴ F _9/2 ）。したがって、560 nmのUC発光がより効率的になることが観察されました（図2bおよび3a）。特に、Mn ²⁺ をドーピングすると、545nmおよび560nmのUC放出の寿命が短くなる傾向があります。 イオンが増加します。対照的に、赤色（650 nm）発光の寿命は、ドーピングMn ²⁺ で減少傾向を示しています。 イオンは0から30mol％に増加します。その理由は、より多くのドーピングMn ²⁺ イオンはMn ²⁺ からETプロセスの速度を増加させます Er ³⁺ へ 、より多くの電子が赤色発光レベル（ ⁴ F _9/2 ）Er ³⁺ の 。プロセスET1およびET2の変換効率は、次の式[19、42]を使用して得られました。

β-NaYF ₄ からのUC放出の時間分解進化 ：Yb / Er（20/2 mol％）微結晶にさまざまな量のMn ²⁺ をドープ イオン。 a （ ⁴ S _3/2 ）→ ⁴ I _15/2 （545 nm）、 b ² H _9/2 → ⁴ I _13/2 （560 nm）、 c ⁴ F _9/2 → ⁴ I _15/2 （650 nm）

ここでτ _{Yb / Er（Mn）} およびτ _{Yb / Er} β-NaYF ₄ の寿命を表します ：Mn ²⁺ を使用した場合と使用しない場合のYb / Er微結晶ドーピング それぞれイオン。図6の寿命値を使用することにより、ηの効率を得ることができます。 ₁ 約34％でη ₂ β-NaYF ₄ では41％近くでした ：30 mol％Mn ²⁺ をドープしたYb / Er微結晶 イオン。結果は、プロセスET1とET2がレベル ⁴ の設定に重要な役割を果たしていることを示しています。 T ₁ Mn ²⁺ の 、これは、Mn ²⁺ からのプロセスET3に基づく赤色UC放出の強化につながります。 Er ³⁺ へ 。 ηは注目に値します ₁ η未満 ₂ 、プロセスET2がET1よりも効率的であることを示します。したがって、従来の比率（650〜545 nm）と比較して、新しい比率（650〜560 nm）は、プロセスET1が放射遷移（560 nm UC放出）およびEr <からのETチャネルとして同時に機能するため、調整可能性が低くなります。 sup> 3+ Mn ²⁺ へ 。

結論

結論として、単一のMn ²⁺ からの調整可能なマルチカラーディスプレイを実証しました。 ドープされたβ-NaYF ₄ ：個々の光学的特性評価によるYb / Er微結晶。緑から赤へのマルチカラーのチューニングは、単一のβ-NaYF ₄ で実現されました。 ：Mn ²⁺ のドーピング量を変化させることによるYb / Er微結晶 イオン。高出力励起下で、新しく出現した緑色（560 nm）のUC発光は、R / G比を調整する領域を変更します。さらなる調査は、調整可能な多色がMn ²⁺ のドーピング濃度に依存するだけではないことを示唆しています。 イオンだけでなく、励起強度にも依存します。私たちの仕事は、Mn ²⁺ の調整可能な多色を理解するための新しいアプローチを提示します -Yb ³⁺ をドープ / Er ³⁺ 微結晶。単一の微結晶の調整可能な色は、カラーディスプレイとマイクロオプトエレクトロニクスデバイスの両方で潜在的な展望を提供すると信じています。

略語

CCD：

電荷結合デバイス

CW：

連続波

DI：

脱イオン化

ET：

エネルギー伝達

Mn ²⁺ ：

マンガンイオン

NIR：

近赤外線

R / G：

赤から緑

SEM：

走査型電子顕微鏡

UC：

アップコンバージョン

XRD：

X線回折