Одновременное усиление возбуждения и излучения в апконверсионной люминесценции с использованием плазмонных золотых наностержней с двойным резонансом

Геометрические параметры и размеры золотого наностержня (GNR) оптимально подобраны для усиления интенсивности флуоресценции апконверсионного нанокристалла, легированного лантаноидами и расположенного в непосредственной близости от GNR. Систематическое исследование электромагнитного взаимодействия между трёхуровневым апконверсионным эмиттером и GNR показывает, что эффект усиления, обусловленный поглощением, индуцированным локализованным электрическим полем, может компенсироваться отрицательным эффектом электронного перехода из промежуточного состояния в основное состояние эмиттера. Исследована зависимость усиления флуоресценции от расстояния между эмиттером и GNR; продемонстрированы максимальные коэффициенты усиления, равные 120 и 160, при длинах волн излучения 650 и 540 нм соответственно. Это достигается при расстояниях между эмиттером и GNR от 5 до 15 нм в зависимости от исходной квантовой эффективности эмиттера. Изменение характеристик апконверсионной люминесценции посредством регулирования отношения сторон GNR и взаимного положения эмиттера указывает на доминирующую роль процесса возбуждения в общем усилении флуоресценции. Эти результаты имеют большое значение для рационального проектирования композитных наноструктур на основе металлических наночастиц и апконверсионных нанокристаллов с максимальным плазмонным усилением для применения в биоимиджинге и сенсорике.