Uma equipe de pesquisadores liderada pelos professores Hong Zhang (nanoquímica fotônica) e Evert Jan Meijer (química computacional) do Instituto Van 't Hoff de Ciências Moleculares da Universidade de Amsterdã melhorou significativamente o entendimento fundamental da conversão ascendente de fótons em nanopartículas. Através da abordagem colaborativa de espectroscopia avançada e modelagem teórica, eles foram capazes de estabelecer que a migração da energia de excitação afeta muito a dinâmica de conversão ascendente. Em uma publicação recente em Angewandte Chemie , os pesquisadores descrevem como 'íons dopantes espacialmente separados' (DISS) nanoestruturas podem ser usadas para ajustar a dinâmica de conversão ascendente.

A conversão ascendente é um processo no qual um fóton é emitido após a absorção de vários fótons de energia inferior. Assim, ele "conecta" a luz das frequências mais baixas para as mais altas. Tipicamente, os materiais de conversão ascendente são dopados com íons lantanídeos. Eles são capazes de mudar a luz do infravermelho próximo (NIR) de um laser de miliwatt de onda contínua econômica para mais alto, frequências visíveis e até mesmo na região espectral ultravioleta (UV). Potenciais aplicações em espectroscopia de super resolução, armazenamento de dados de alta densidade, anti-falsificação e imagens biológicas e terapia foto-induzida.

Há muito se acredita que a dinâmica da luminescência de upconversion é determinada apenas pela emissão de íons e suas interações com íons sensibilizadores vizinhos. A pesquisa atual mostra que isso não se aplica a nanoestruturas. Zhang, Meijer e colaboradores demonstram que em nanocristais o comportamento do tempo de luminescência é seriamente afetado pelo processo de migração da energia de excitação.

Os pesquisadores desvendaram a ligação íntima entre a natureza aleatória da migração de energia e o comportamento do tempo de luminescência de conversão ascendente por meio de uma abordagem complementar de espectroscopia avançada e simulação de Monte Carlo resolvida no tempo. Como sistemas modelo, eles usaram os chamados 'íons dopantes espacialmente separados' (DISS) nanoestruturas, onde ativadores e sensibilizadores estão localizados em diferentes regiões espaciais de uma única nanopartícula. A influência da migração de energia pode ser representada quantitativamente ajustando a espessura da camada de migração ou variando a concentração de dopante de íon migrador na camada de migração.

Foi assim estabelecido que, como resultado de sua natureza aleatória, a migração da energia de excitação entre quaisquer dois pontos no cristal leva mais tempo do que seria esperado de uma transferência direta de energia ponto a ponto.

Com base neste novo insight fundamental, os pesquisadores foram capazes de controlar com sucesso o comportamento do tempo de luminescência de conversão ascendente (o processo de ascensão ou decadência) ajustando os caminhos de migração de energia em várias nanoestruturas DISS especificamente projetadas. Este resultado é significativo para a aplicação deste tipo de materiais em espectroscopia de super resolução, armazenamento de dados de alta densidade, anti-falsificação e imagens biológicas.