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http://www.repositorio.ufal.br/jspui/handle/123456789/17443| Tipo: | Dissertação |
| Título: | Desempenho da excitação em anti-stokes em amostras de NdxY1.00- xAl3(BO3)4 decoradas com nanopartículas metálicas |
| Autor(es): | Maciel, Célio Vinicius Tomaz |
| Primeiro Orientador: | Moura, André de Lima |
| metadata.dc.contributor.referee1: | Santos, Pedro Valentim dos |
| metadata.dc.contributor.referee2: | Sales, Tasso de Oliveira |
| Resumo: | Íons terra raras têm sido cada vez mais estudados na literatura devido às suas propriedades ópticas únicas. Neste trabalho, buscamos explorar diversos efeitos ópticos e térmicos em amostras NdxY1.00-xAl3(BO3)4 decoradas com nanopartículas metálicas. Primeiramente, excitamos em 808 nm, uma transição ressonante dos íons de neodímio contidos nas partículas micrométricas de NdxY1.00-xAl3(BO3)4 promovendo íons do estado fundamental 4I9/2 para o 4F5/2 + 2H9/2. Graças a rica configuração dos níveis de energia do neodímio foi possível observar um vasta banda das emissões provenientes de processos de conversão ascendente de energia e conversão descendente de energia, com emissões espontâneas variando entre 530 nm e 1100 nm. O próprio bombeamento do LASER de excitação provoca um aquecimento intrínseco devido às rotas de relaxamento não-radiativo, que ocorrem devido à proximidade dos níveis energéticos, elevando íons a estados mais excitado e suprimindo emissões características típicas do nível 4F3/2 como 4F3/2 → 4I9/2 (900 nm), 4F3/2 → 4I11/2 (1064 nm) e o 4F3/2 → 4I13/2 (1320 nm). A temperatura exerce um efeito de ‘quenching’ nessas emissões em comprimentos de onda menores que o comprimento do LASER de excitação. No entanto, em vez de converter toda a energia em calor, parte da energia é usada para promover íons do estado 4F3/2 para níveis mais energéticos, resultando em emissões com comprimentos de onda mais energéticos do que os fótons do LASER de excitação. Além disso, a decoração com nanopartículas metálicas provoca um aumento da temperatura devido à excitação dos modos vibracionais dessas nanopartículas metálicas, que atuam como uma fonte adicional de calor, intensificado os processos de conversões ascendente através de uma excitação térmica para os níveis superiores ao 4F3/2.Em segundo caso, as amostras foram excitadas em um comprimento de onda não ressonante com as transições do estado fundamental do íon de neodímio o que caracteriza uma excitação anti-stokes. A diferença de energia necessária para completar a transição do 4I9/2 para o 4F3/2 é dada pela aniquilação de fônons da matriz hospedeira, sendo que, à medida que o número de fônons aumenta com a temperatura, o processo se torna mais eficiente. Devido à excitação dos modos vibracionais das nanopartículas metálicas presentes na superfície das partículas submicrométricas de NdxY1.00-xAl₃(BO)₄ (x = 0.10, 0.20 e 1.00), ocorre um aquecimento adicional, beneficiando o processo anti stokes em 1064 nm. Como resultado, observa-se uma melhora significativa nas emissões entre os 600 nm e 880 nm, Dado está melhora dos processos anti-stokes nas microparticulas de NdxY1.00-xAl3(BO3)4 decoradas com prata em comparação com as não decoradas, é esperado que este processo possa ser realizados em outras amostras. Os resultados deste trabalho foram publicados nos periódicos Optical Materials X e Journal of Alloys and Compounds com o títulos, respectivos “Metallic nanoparticles-decorated NdxY1-xAl3(BO3)4 sub-micrometric particles to enhance anti Stokes excitation performance” e “Intrinsic heating in NdxY1.00-xAl3(BO3)4 particles excited at 808 nm leads to bright multi-band up conversion emission via ladder-thermal excitation”. |
| Abstract: | Rare-earth ions have been increasingly studied in the literature due to their unique optical properties. In this work, conducted during the author’s master’s studies, we explored various optical and thermal effects in NdxY1.00-xAl3(BO3)4 samples decorated with metallic nanoparticles. Initially, we excited these samples at 808 nm, a resonant transition of neodymium contained in the micrometric particles of NdxY1.00-xAl3(BO3)4, promoting the transition from the ground state 4I9/2 to 4F5/2 + 2H9/2 of neodymium. Thanks to the rich configuration of neodymium's energy levels, we observed a wide band of upconversion and downconversion emissions, with spontaneous emissions ranging from 530 nm to 1100 nm. The laser excitation itself induces intrinsic heating due to the non-radiative relaxation pathways caused by the proximity of energy levels, elevating ions to more excited states and suppressing typical emissions from the 4F3/2level, such as 4F3/2 → 4I9/2 (900 nm), 4F3/2 → 4I11/2 (1064 nm), and 4F3/2 → 4I13/2 (1320 nm). Temperature exerts a quenching effect on these emissions at wavelengths shorter than the excitation laser wavelength. However, rather than converting all the energy into heat, part of it is used to promote ions from the 4F3/2 state to higher energy levels, resulting in emissions at wavelengths higher than those of the excitation laser photons. Moreover, decoration with metallic nanoparticles causes an increase in temperature due to the excitation of the nanoparticles' vibrational modes, acting as an additional heat source and enhancing upconversion through thermal excitation to levels above 4F3/2. In a second case, the samples were excited at a non-resonant wavelength with neodymium’s ground-state transitions, characterizing anti-Stokes excitation. The energy difference required to complete the transition from 4I9/2 to 4F5/2 is provided by phonon annihilation in the host matrix, and as the number of phonons increases with temperature, the process becomes more efficient. Due to the excitation of vibrational modes of metallic nanoparticles on the surface of the submicrometric particles of NdxY1.00-xAl₃(BO₃)₄ (x = 0.10, 0.20, and 1.00), additional heating occurs, enhancing the anti-Stokes process at 1064 nm. As a result, a significant improvement is observed in emissions between 600 and 880 nm. Given the considerable enhancement of anti Stokes processes in silver-decorated NdxY1.00-xAl3(BO3)4 microparticles compared to undecorated ones, it is expected that this approach could be applied to other samples. The results of this work were published in Optical Materials X under the title “Metallic nanoparticles-decorated NdxY1.00-xAl3(BO3)4 sub-micrometric particles to enhance anti Stokes excitation performance.” |
| Palavras-chave: | Conversão ascendente Nanopartículas de prata - Decoração Interação elétron-fônons Fônons – Aniquilação Upward conversion Silver nanoparticle - Decoration Electron-phonon interaction Phonon - Annihilation |
| CNPq: | CNPQ::CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::FISICA |
| Idioma: | por |
| País: | Brasil |
| Editor: | Universidade Federal de Alagoas |
| Sigla da Instituição: | UFAL |
| metadata.dc.publisher.program: | Programa de Pós-Graduação em Física |
| Citação: | MACIEL, Célio Vinicius Tomaz. Desempenho da excitação em anti-stokes em amostras de NdxY1.00- xAl3(BO3)4 decoradas com nanopartículas metálicas. 2025. 85 f. Dissertação (Mestrado em Física) – Programa de Pós-Graduação em Física, Instituto de Física, Universidade Federal de Alagoas, Maceió, 2024. |
| Tipo de Acesso: | Acesso Aberto |
| URI: | http://www.repositorio.ufal.br/jspui/handle/123456789/17443 |
| Data do documento: | 6-dez-2024 |
| Aparece nas coleções: | Dissertações e Teses defendidas na UFAL - IF |
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| Desempenho da excitação em anti-stokes em amostras de NdxY1.00- xAl3(BO3)4 decoradas com nanopartículas metálicas.pdf | 6.83 MB | Adobe PDF | Visualizar/Abrir |
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