Возвращаясь к вопросу об усиленном повышающем преобразовании красного из одного микрокристалла β-NaYF4:Yb / Er путем легирования ионами Mn2 +

Аннотация

Наличие ионов марганца (Mn ²⁺ ) в наноматериалах, со-легированных Yb / Er, приводит к подавлению зеленого (545 нм) и усилению красного (650 нм) излучения с повышением частоты (UC), что может обеспечить излучение с одной красной полосой, что позволяет применять их в биоимиджинге и доставке лекарств. Здесь мы еще раз рассмотрим настраиваемое многоцветное излучение UC в одном Mn ²⁺ -допированный β-NaYF ₄ :Микрокристалл Yb / Er, синтезированный простым гидротермальным методом в одном сосуде. При возбуждении лазером непрерывной волны (CW) с длиной волны 980 нм цвет одного β-NaYF ₄ :Микростержень Yb / Er / Mn может быть настроен с зеленого на красный как легирующий Mn ²⁺ ионы увеличиваются от 0 до 30% мол. Примечательно, что при относительно высокой интенсивности возбуждения недавно возникшая полоса излучения при 560 нм (² H _9/2 → ⁴ Я _13/2 ) становится значительным и далее превышает традиционное зеленое (545 нм) излучение. Таким образом, отношение интенсивностей красного к зеленому (R / G) излучения подразделяется на традиционные (от 650 до 545 нм) и новые (от 650 до 560 нм) R / G. Поскольку легированный Mn ²⁺ увеличиваются, эти два отношения R / G совпадают с одними и теми же настраиваемыми тенденциями при низкой интенсивности возбуждения, но настраиваемые области становятся разными при высокой интенсивности возбуждения. Кроме того, мы демонстрируем, что передача энергии (ET) между Mn ²⁺ и Er ³⁺ способствует регулировке соотношения R / G и позволяет настраивать многоцветность одиночного микростержня. Спектроскопические свойства и настраиваемый цвет одного микростержня потенциально могут быть использованы в цветных дисплеях и микрооптоэлектронных устройствах.

Введение

Фотонные UC в наноматериалах, легированных лантаноидами, в последнее время привлекают большое внимание из-за их превосходных спектроскопических свойств [1, 2]. В качестве наиболее значимых структур ЯК в ближнем инфракрасном диапазоне (БИК) к видимым, сенсибилизированные лантаноидами ЯК на основе ЕТ из Yb ³⁺ в Er ³⁺ (Tm ³⁺ / Хо ³⁺ ) в β-NaYF ₄ нанокристаллы интенсивно изучаются в связи с их многообещающим применением в цветных дисплеях [3, 4], наноскопии сверхвысокого разрешения [5, 6], защищенной печати [7, 8], лазерных материалах [9,10,11] и биологической люминесценции. этикетки [12,13,14]. Хорошо известно, что ионы лантаноидов имеют распространенность 4f ^N электронные состояния, которые обычно генерируют многополосные излучения [15]. Однако многополосное излучение препятствует количественной визуализации образцов, на которые нацелены несколько зондов с повышающим преобразованием, и снижает чувствительность визуализации [16]. Поэтому были предприняты некоторые усилия для достижения однополосных излучений UC [17,18,19]. Например, введение переходных металлов (Mn ²⁺ и т. д.) в совместно легированные наноматериалы Yb / Er могут улучшить отношение R / G (от 650 до 545 нм) и обеспечить излучение с одной красной полосой из-за процесса сильно ET между Er ^{3 +} и Mn ²⁺ [20,21,22,23,24].

К настоящему времени были выполнены некоторые исследования по изучению Mn ²⁺ -допированные нанокристаллы Yb / Er для применения в биоимиджинге [20, 25], сенсоре [26,27,28] и обнаружении биомаркеров [29]. Фактически, по сравнению с нанокристаллами, микрокристаллы обладают большими преимуществами для применения в микрооптоэлектронных устройствах [30], объемных цветных дисплеях [31, 32] и микролазерах [11], основанных на их высокой кристалличности и люминесцентной эффективности [33]. Следовательно, для нас очень важно изучить люминесцентные свойства микрокристаллов UC. Однако в большинстве случаев измерения образцов проводились с использованием порошков или органических растворителей, что может вызвать серьезные проблемы с перегревом и зависеть от соседних микрокристаллов [34]. Таким образом, изучение люминесценции UC и настраиваемого цвета отдельного микрокристалла может эффективно избежать влияния окружающей среды и расширить его дальнейшие применения в микрооптоэлектронных устройствах.

Более того, при возбуждении непрерывным лазером 980 нм со-легированные материалы Yb / Er обычно излучают красные (650 нм) и зеленые (525 и 545 нм) излучения UC, а также более слабое синее (410 нм) излучение. Как правило, в спектрах преобладают красные и зеленые излучения UC, а синее излучение остается относительно слабым. По сравнению с этими тремя выбросами UC, другие выбросы UC редко наблюдаются в материалах, легированных совместно Yb / Er. Ранее мы наблюдали недавно появившуюся полосу 560 нм (² H _9/2 → ⁴ Я _13/2 ) излучение от одного β-NaYF ₄ :Микрокристалл Yb / Er при насыщенном возбуждении [35]. По мере увеличения интенсивности возбуждения эмиссия 560 нм быстро увеличивается и далее превышает традиционную эмиссию зеленого (545 нм). Однако для материалов с тройным легированием Yb / Er / Mn переход ² H _9/2 → ⁴ Я _13/2 (560 нм) в Er ³⁺ также действует как канал ET, заполняющий уровень ⁴ Т ₁ из Mn ²⁺ , о котором, насколько нам известно, пока не сообщалось и не исследовалось. Таким образом, для трехлегированных материалов Yb / Er / Mn подавление нового зеленого (560 нм) излучения UC и настройка отношения R / G остаются в значительной степени неизвестными. Следовательно, как обсуждалось выше, использование выбросов UC от одного β-NaYF ₄ Микрокристалл:Yb / Er / Mn может помочь нам понять настройку нового отношения R / G и расширить сферу его применения в микрооптоэлектронных устройствах.

В данной работе мы синтезировали Mn ²⁺ -допированный β-NaYF ₄ :Микрокристаллы Yb / Er с помощью простого гидротермального метода. Эмиссионные свойства UC и соответствующий цвет люминесценции от одного микрокристалла были исследованы с использованием высокоэффективной системы сбора люминесценции, включающей инвертированный флуоресцентный микроскоп с линзой объектива × 100 (NA =1,4). При возбуждении непрерывным лазером с длиной волны 980 нм можно изменять цвет люминесценции с зеленого на красный при постепенном увеличении содержания легированного Mn ²⁺ ионы от 0 до 30% мол. Настроенные отношения R / G для традиционных 650–545 нм и новых 650–560 нм были подробно обсуждены. Механизм настраиваемого цвета излучения UC был также продемонстрирован на основе процесса ET между Mn ²⁺ и Er ³⁺ .

Методы

Материалы

Сырье закуплено у Aladdin (Китай):Y ₂ О ₃ (99,99% металлы), Yb ₂ О ₃ (99,99% металлы), Er ₂ О ₃ (99,99% металлы), MnCl ₂ · 4H ₂ O (99% на основе металлов), азотная кислота (HNO ₃ , аналитический реагент), дигидрат динатриевой соли этилендиаминтетрауксусной кислоты (EDTA-2Na, аналитический реагент), гидроксид натрия (NaOH, аналитический реагент), фторид аммония (NH ₄ F, аналитический реагент). Все химические вещества использовались в том виде, в котором они были получены, без дополнительной очистки.

Синтез β-NaYF ₄ Микрокристаллы

Мы синтезировали β-NaYF ₄ :Микрокристаллы Yb / Er / Mn (20/2 / × мол.%) Модифицированным гидротермальным методом. Y ₂ О ₃ , Yb ₂ О ₃ , и Er ₂ О ₃ порошки растворяли в разбавленном растворе нитрата и нагревали для удаления остаточного нитрата, получая прозрачный раствор Ln (NO ₃ ) ₃ (0,2 М). В типичной процедуре EDTA-2Na (1 ммоль) и NaOH (6 ммоль) смешивали с 13,5 мл деионизированной (DI) воды при непрерывном перемешивании в колбе, получая прозрачный раствор. Затем 5 мл MnCl ₂ (0,2 М) и Ln (NO ₃ ) ₃ (0,2 М) водные растворы, 8 мл NH ₄ В колбу вводили водные растворы F (2,0 М) и 7 мл разбавленной соляной кислоты (1 М). Смеси перемешивали в течение 1,5 часов, а затем переносили в автоклав с тефлоновым покрытием объемом 50 мл и нагревали при 200 ° C в течение 40 часов. Полученные осадки собирали центрифугированием, несколько раз промывали деионизированной водой и этанолом и, наконец, сушили на воздухе при 40 ° C в течение 12 часов. Микрокристаллы с разной концентрацией Mn ²⁺ может быть достигнуто изменением объема MnCl ₂ водные растворы (всего Y ³⁺ , Yb ³⁺ , Er ³⁺ , и Mn ²⁺ содержание ионов поддерживали постоянным на уровне 1 ммоль).

Физическая характеристика

Картины дифракции рентгеновских лучей (XRD) микрокристаллов измеряли с использованием рентгеновского дифрактометра с Cu K-излучением при 40 кВ и 200 мА (Rigaku). Морфология β-NaYF ₄ Микрокристаллы:Yb / Er / (20/2 / × мол.%) Характеризовали с помощью сканирующего электронного микроскопа (SEM) (S4800, Hitachi).

Измерения фотолюминесценции

Для экспериментов по фотолюминесценции непрерывный лазер с длиной волны 980 нм вводили в инвертированный микроскоп (Observer A1, Zeiss) и фокусировали на микрокристаллах с помощью линзы объектива × 100 (NA =1,4). Диаметр пятна возбуждения оценивается в ~ 2,0 мкм. Люминесценция UC собиралась той же линзой объектива и затем передавалась в спектрометр (SR-500I-B1, Andor), оборудованный устройством с зарядовой связью (CCD) (DU970N, Andor) для анализа. Цвет люминесценции одиночного микрокристалла регистрировали с помощью камеры (DS-Ri2, Nikon). Время жизни люминесценции УК измерялось с помощью цифрового осциллографа (1 ГГц, InfiniiVsionDSOX6002A, KEYSIGHT) и наносекундного импульсного лазера (с длительностью импульса 20 нс и частотой повторения 10 Гц) в качестве источника возбуждения. Все измерения проводились при комнатной температуре.

Результаты и обсуждение

Типичные морфологии β-NaYF ₄ Микрокристаллы:Yb / Er / Mn (20/2 / x мол.%) Характеризуются СЭМ-изображениями, как показано на рис. 1a – e. Это указывает на то, что микрокристаллы имеют чистую гексагональную фазу морфологии и однородного размера с диаметром ~ 3,5 мкм и длиной ~ 13 мкм. Примечательно, что длина микрокристаллов немного уменьшается до 10 мкм, поскольку легирование Mn ²⁺ ионы увеличиваются до 30% мол. На рисунке 1g показаны рентгенограммы β-NaYF ₄. :Микрокристаллы Yb / Er, легированные различными концентрациями Mn ²⁺ ионы. Все дифракционные пики хорошо согласуются со стандартной гексагональной фазой NaYF ₄. (JCPDS № 16-0334). Важно отметить, что легирование Mn ²⁺ ионы увеличиваются, микрокристаллы все еще сохраняют гексагональную фазу, и никаких других примесных пиков не наблюдается. Он показывает, что добавление Mn ²⁺ ионы не влияют на морфологию и кристаллическую фазу β-NaYF ₄ микрокристаллы. Кроме того, некоторые дифракционные пики сначала немного смещаются в сторону больших углов, поскольку легирование Mn ²⁺ ионы постепенно увеличиваются от 0 до 10 мол.%, а затем возвращаются к более низким углам при дальнейшем увеличении Mn ²⁺ ионы до 30% мол. Результаты, вероятно, указывают на то, что меньший Mn ²⁺ ионы ( r =1,10 Å) в основном занимают более крупный Na ⁺ ( г =1,24 Å) сайтов при низком Mn ²⁺ концентрации (менее 10 мол.%), а затем вставьте Y ³⁺ ( г =1.159 Å) сайтов в NaYF ₄ основная решетка с Mn ²⁺ возрастание ионов до 30 мол.% [4, 36, 37]. Мы также выполнили композиционный анализ на β-NaYF ₄ микрокристаллы с помощью EDS, как показано на рис. 1g – h. Анализ EDS подтверждает присутствие элементов Na, F, Y, Yb и Er в β-NaYF, не содержащем марганца ₄ :Микрокристаллы Yb / Er (рис. 1ж). Для сравнения, элемент Mn находится в β-NaYF ₄ :Микрокристаллы Yb / Er, легированные 30 мол.% Mn ²⁺ ионы (рис. 1h), что указывает на Mn ²⁺ ионы хорошо встроены в NaYF ₄ основная решетка.

На рисунке 2а показаны выбросы UC от одного β-NaYF ₄ :Микрокристалл Yb / Er (20/2 мол.%), Легированный различным количеством Mn ²⁺ ионы при относительно низкой интенсивности возбуждения (1,59 кВт см ⁻² ). На вставках показан одиночный микрокристалл и соответствующий ему цвет люминесценции, наблюдаемый под микроскопом. В спектрах проиндексированы три основные полосы излучения, которые приписываются переходам ² H _9/2 → ⁴ Я _15/2 (410 нм), (² H _11/2 / ⁴ S _3/2 ) → ⁴ Я _15/2 (525 и 545 нм) и ⁴ F _9/2 → ⁴ Я _15/2 (650 нм) из Er ³⁺ , соответственно. Для монокристалла, не содержащего марганца, зеленое (545 нм) излучение преобладает в спектре излучения, что приводит к тому, что один микрокристалл загорается зеленым цветом люминесценции. При увеличении легирования Mn ²⁺ ионов, красное (650 нм) излучение заметно нарастает и постепенно превосходит зеленое излучение и доминирует в спектре в конце, так как легирующая примесь Mn ²⁺ ионы достигают 30% мол. Таким образом, цвет свечения может быть изменен от зеленого до желтого и, наконец, становится красным. На рис. 2b показаны рассчитанные координаты цветности CIE на основе спектров излучения UC на рис. 2а. Очевидно, что при легировании Mn ²⁺ цвет люминесценции UC меняется с зеленого на красный. ионы увеличиваются от 0 до 30% мол. Как показано на рис. 2c, интересно наблюдать несколько новых полос излучения UC, когда интенсивность возбуждения увеличивается до 95,52 кВт · см ⁻² . . Эти новые выбросы UC могут быть обнаружены как в безмарганцевых, так и в высоко-марганцевых ²⁺ легированные микрокристаллы. Как показано в нашем предыдущем исследовании [35], эти новые выбросы UC происходят из переходов ⁴ G _11/2 → ⁴ Я _15/2 (382 нм), ⁴ F _5/2 → ⁴ Я _15/2 (457 нм), ² К _15/2 → ⁴ Я _13/2 (472 нм), ⁴ G _11/2 → ⁴ Я _15/2 (506 нм), ² H _9/2 → ⁴ Я _13/2 (560 нм) и ⁴ G _11/2 → ⁴ Я _11/2 (618 нм) в Er ³⁺ , соответственно. Примечательно, что вновь возникшие выбросы ЯК могут наблюдаться независимо от Mn ²⁺ концентрация и новое излучение 560 нм всегда сильнее, чем традиционное излучение зеленого (545 нм).

Чтобы четко идентифицировать эти новые выбросы UC, мы продемонстрировали выбросы UC от одного β-NaYF ₄ :Микрокристалл Yb / Er / Mn (20/2/10 мол.%) При различной интенсивности возбуждения, как показано на рис. 3а. При интенсивности возбуждения 1,59 кВт · см ⁻² красная эмиссия (650 нм) намного сильнее, чем традиционная зеленая эмиссия (545 нм), а новая эмиссия UC 560 нм ниже, чем традиционная зеленая эмиссия (545 нм). Кроме того, из спектров можно выделить излучение UC с центром на 382, 506 и 472 нм. При увеличении интенсивности возбуждения до 9,55 кВт см ⁻² эмиссия 560 нм превышает 545 нм и становится сопоставимой с красной эмиссией (650 нм). Кроме того, эмиссия на длине волны 506 и 472 нм становится более эффективной. Если увеличить интенсивность возбуждения до 31,84 кВт · см ⁻² эмиссия на длине волны 560 нм резко возрастает и превышает традиционную красную эмиссию (650 нм). Это отличается от предыдущих отчетов, в которых легирование Mn ²⁺ ионы только способствовали усилению красной эмиссии, а новая эмиссия UC на длине волны 560 нм не наблюдалась. Между тем, новые полосы излучения на 382, 506 и 472 нм еще больше увеличиваются с увеличением интенсивности возбуждения до 95,52 кВт / см ^-2 . . На рис. 3b мы рассчитали отношения R / G для одного β-NaYF ₄ :Микрокристалл Yb / Er / Mn (20/2/10 мол.%) При различной интенсивности возбуждения. Отношение (от 560 до 545 нм) увеличивается с ~ 0,97 до 1,96 с интенсивностью возбуждения от 1,59 до 95,52 кВт см ² . . Однако традиционное отношение R / G (от 650 до 545 нм) повышается с 1,27 до 1,72, а новое отношение R / G (от 650 до 560 нм) уменьшается с 1,31 до 0,87 по мере увеличения интенсивности возбуждения. Рисунок 3c демонстрирует зависимость интенсивности излучения UC от интенсивности возбуждения для одиночного β-NaYF ₄ :Микрокристалл Yb / Er / Mn (20/2/10 мол.%). При возбуждении малой мощности наклон всех четырех излучений UC близок к ~ 2. Более того, эти наклоны становятся меньше 1 при возбуждении высокой мощности, что следует отнести к эффекту насыщения [38,39,40,41].

На рисунке 4 показаны регулируемые отношения интенсивности излучения UC для одиночного β-NaYF ₄ :Легирование микрокристаллов Yb / Er (20/2 мол.%) С различными концентрациями Mn ²⁺ при низкой и высокой интенсивности возбуждения. Отношение (от 560 до 545 нм) меньше 1 при возбуждении малой мощности, но становится больше 1,5 при возбуждении высокой мощности. При маломощном возбуждении (рис. 4a) традиционное соотношение R / G (от 650 до 545 нм) в основном соответствует новому соотношению R / G (от 650 до 560 нм). Эти два отношения (от 650 до 545 и от 650 до 560 нм) начинаются с ~ 0,87, а затем постепенно увеличиваются до ~ 2,7 с добавлением Mn ²⁺ . ионы от 0 до 30% мол. Тем не менее эти два соотношения становятся разными при высокой интенсивности возбуждения (рис. 4б). Традиционное соотношение (от 650 до 545 нм) увеличивается с ~ 1,2 до 3,4, тогда как новое соотношение (от 650 до 560 нм) увеличивается с 0,66 до 2,15, когда легированный Mn ²⁺ ионы растут от 0 до 30% мол. Это показывает, что традиционные и новые отношения R / G демонстрируют разные настраиваемые тенденции при низкой и высокой интенсивности возбуждения. Недавно появившееся излучение UC с длиной волны 560 нм изменяет настраиваемость многоцветного излучения UC, что отличается от ранее опубликованных результатов [20,21,22,23,24].

Чтобы лучше понять принцип настройки многоцветности в β-NaYF ₄ :Микрокристаллы Yb / Er / Mn, мы исследовали диаграмму уровней энергии для Yb ³⁺ , Er ³⁺ , и Mn ²⁺ ионы. Как показано на рис. 5, также отображается механизм процессов заселения, эмиссии UC, безызлучательных переходов и процессов ET. Для β-NaYF ₄ :Микрокристаллы Yb / Er, Yb ³⁺ ионы поглощают падающий свет с длиной волны 980 нм, а затем заполняют Er ³⁺ ионы из основного состояния в возбужденные состояния посредством процессов ET. Два возможных подхода могут способствовать более высокому возбужденному уровню Er ³⁺ . Один - через уровни зеленого свечения (⁴ S _3/2 и ² H _11/2 ) заполняя ⁴ G, ² K-коллектор, а другой - через уровень красного излучения (⁴ F _9/2 ) заполняя уровень ² H _9/2 . Однажды возбужденные уровни Er ³⁺ заселены, будут произведены значительные выбросы UC. Таким образом, можно легко наблюдать традиционные зеленые (545 нм) и красные (650 нм) излучения UC, которые демонстрируют высокоэффективные излучения UC и широко изучаются. Обычно для излучения 560 нм (² H _9/2 → ⁴ Я _13/2 ), уровень ² H _9/2 можно заполнить через уровень красного излучения (⁴ F _9/2 ) или через уровни зеленого свечения (⁴ S _3/2 , ² H _11/2 ) заполняя ⁴ G, ² K-многообразие (затем последовал безызлучательный переход на уровень ² H _9/2 ). Аналогичным образом, излучения UC на 382, 410, 457, 472 и 506 нм основаны на том же принципе с использованием более высоких уровней излучения Er ³⁺ . Более того, излучение 618 нм происходит от заселения ⁴ G, ² K-многообразие и переход ⁴ G _11/2 → ⁴ Я _11/2 .

Кроме того, для Mn ²⁺ -допированный β-NaYF ₄ :Микрокристаллы Yb / Er, цвет люминесценции UC может быть изменен с зеленого на красный. Как показано на рис. 5, есть два возможных маршрута ET от Er ³⁺ до Mn ²⁺ :один из ² H _9/2 → ⁴ Я _13/2 переход Er ³⁺ до ⁶ A ₁ → ⁴ Т ₁ переход Mn ²⁺ (процесс ЕТ1), а другой - из ⁴ S _3/2 → ⁴ Я _15/2 переход Er ³⁺ до ⁶ A ₁ → ⁴ Т ₁ переход Mn ²⁺ (процесс ЕТ2). Эти два процесса (ЕТ1 и ЕТ2) уменьшили бы эмиссию UC на 560 и 545 нм. Когда уровень ⁴ Т ₁ из Mn ²⁺ заселяется, поглощенная энергия передается назад от ⁴ Т ₁ → ⁶ A ₁ переход Mn ²⁺ до ⁴ Я _15/2 → ⁴ F _9/2 переход Er ³⁺ (процесс ЕТ3). Этот процесс продвинет население уровня ⁴ F _9/2 в Er ³⁺ и увеличить красное (650 нм) излучение UC. Следовательно, принцип настраиваемого цвета выводится из безызлучательного ET из уровней ² H _9/2 и ⁴ S _3/2 из Er ³⁺ до уровня ⁴ Т ₁ из Mn ²⁺ , затем следует back-ET, который увеличивает население уровня ⁴ F _9/2 в Er ³⁺ , что приводит к увеличению отношения R / G [20, 22]. Подавление традиционного зеленого излучения (545 нм) и усиление красного излучения означает сильное взаимодействие между Er ³⁺ и Mn ²⁺ ионы, подтверждая, что их процессы ET значительны. В предыдущих исследованиях переход ² H _9/2 → ⁴ Я _13/2 считался подходом с безызлучательным переходом и редко испускался при излучении UC на длине волны 560 нм. Фактически, как показано на рис. 5, эмиссионный переход 560 нм также является каналом ET от Er ³⁺ до Mn ²⁺ . Следовательно, переход UC на длине волны 560 нм будет конкурировать с процессом ET (ET1) по мере увеличения мощности накачки. При меньшей мощности накачки поглощенная энергия в основном заселяет нижние возбужденные состояния Er ³⁺ . и новое зеленое (560 нм) излучение относительно слабее, чем традиционное зеленое (545 нм) излучение, и одновременно процесс ЕТ1 недостаточен. Когда мощность накачки достаточно высока, высшие возбужденные состояния Er ³⁺ могут быть эффективно заселены, что ведет к конкуренции между излучением 560 нм и процессом ЕТ1.

Затем мы исследовали измерения с временным разрешением для β-NaYF ₄ :Микрокристаллы Yb / Er, легированные различным количеством Mn ²⁺ ионы. На рисунке 6 показаны кривые затухания и соответствующие времена жизни для красного (650 нм), традиционного зеленого (545 нм) и нового зеленого (560 нм) излучений UC. Можно обнаружить, что время жизни красного излучения (650 нм) является самым длинным среди излучений UC. Он показывает, что уровень ² H _9/2 из Er ³⁺ может быть значительно заселен через уровень красного излучения (⁴ F _9/2 ). Таким образом, мы наблюдали, что излучение UC на длине волны 560 нм становится более эффективным (рис. 2b и 3a). Примечательно, что время жизни излучений UC 545 и 560 нм имеет тенденцию к уменьшению по мере того, как легирование Mn ²⁺ ионы увеличиваются. Напротив, время жизни красного (650 нм) излучения предполагает тенденцию к снижению с легированием Mn ²⁺ ионы увеличиваются от 0 до 30% мол. Причина в том, что больше легирующего Mn ²⁺ ионы увеличивают скорость процесса ЭТ от Mn ²⁺ в Er ³⁺ , что приводит к тому, что больше электронов заполняет красный излучающий уровень (⁴ F _9/2 ) из Er ³⁺ . Эффективность преобразования процессов ЕТ1 и ЕТ2 была получена с использованием следующего уравнения [19, 42]:

$$ \ eta =1- \ frac {\ tau _ {\ mathrm {Yb} / \ mathrm {Er} \ left (\ mathrm {Mn} \ right)}} {\ tau _ {\ mathrm {Yb} / \ mathrm { Er}}} $$ (1)

где τ _{Yb / Er (Mn)} и τ _{Yb / Er} представляют время жизни β-NaYF ₄ :Легирование микрокристаллов Yb / Er с использованием и без Mn ²⁺ ионы соответственно. Используя значения срока службы на рис. 6, мы можем получить, что эффективность η ₁ было примерно 34% и η ₂ составлял почти 41% для β-NaYF ₄ :Микрокристаллы Yb / Er, легированные 30 мол.% Mn ²⁺ ионы. Результаты показывают, что процессы ЕТ1 и ЕТ2 играют важную роль в заполнении уровня ⁴ Т ₁ из Mn ²⁺ , что приводит к усилению красной эмиссии UC на основе процесса ET3 из Mn ²⁺ в Er ³⁺ . Стоит отметить, что η ₁ меньше η ₂ , что указывает на то, что процесс ЕТ2 более эффективен, чем ЕТ1. Следовательно, по сравнению с традиционным соотношением (от 650 до 545 нм), новое соотношение (от 650 до 560 нм) остается менее настраиваемым, поскольку процесс ET1 одновременно действует как радиационный переход (излучение UC 560 нм) и канал ET из Er ³⁺ до Mn ²⁺ .

Заключение

В заключение мы продемонстрировали настраиваемый многоцветный дисплей от одного Mn ²⁺ -допированный β-NaYF ₄ :Микрокристалл Yb / Er по индивидуальным оптическим характеристикам. Настройка многоцветности от зеленого к красному была реализована в одном β-NaYF ₄ :Микрокристалл Yb / Er путем изменения количества легирования Mn ²⁺ ионы. При возбуждении высокой мощности вновь возникшее зеленое (560 нм) излучение UC изменяет область настройки отношения R / G. Дальнейшие исследования показывают, что настраиваемый многоцветный цвет зависит не только от концентрации легирования Mn ²⁺ . ионов, но также зависит от интенсивности возбуждения. Наша работа представляет новый подход к пониманию настраиваемого многоцветия в Mn ²⁺ -допирован Yb ³⁺ / Er ³⁺ микрокристаллы. Мы считаем, что настраиваемый цвет для одиночного микрокристалла открывает потенциальные возможности как для цветных дисплеев, так и для микрооптоэлектронных устройств.