Un nouveau type de nanoparticule a été créée qui convertit la lumière invisible proche de l’infrarouge en une énergie bleue et une lumière UV plus élevées avec une efficacité au plus haut. La nanoparticule à multicouches a le potentiel d’être utilisée dans la récupération d’énergie solaire, la bio-imagerie, et des techniques de sécurité basées sur la lumière.
L’exploit consistant à convertir l’énergie électromagnétique de faible niveau en une lumière d’énergie plus élevée n’a pas été simple à réaliser. Impliquant plusieurs étapes de transformation de l’énergie en cascade, la technique nécessite la capture de deux ou plusieurs photons à partir d’une source de lumière de faible puissance, puis de combiner leurs énergies pour former un photon unique, d’énergie supérieure.
Dans la nouvelle nanoparticule, cette transformation de faible à haute énergie est obtenue en transférant l’énergie de la photoexcitation d’une couche externe de colorants organiques qui récupèrent les infrarouges (semblables à ceux utilisés dans les cellules solaires à colorant) dans une enveloppe de néodyme où les ions sensibilisateurs transfèrent énergie dans une paire d’ion à conversion ascendante dans le noyau (constitué en grande partie de l’ytterbium et de thulium) avec un taux de conversion quantique de l’ordre de 19 %.
« Notre particules est environ 100 fois plus efficace à la lumière de « conversion ascendante » que des nanoparticules similaires créées dans le passé, ce qui la rend beaucoup plus pratique, » précise l’étudiant en doctorat de chimie, Jossana Damasco.
Dans le détail, lorsque des molécules ou des ions dans la couche de colorants organiques absorbent un photon, ils entrent dans un état excité à partir duquel ils peuvent déplacer l’énergie captée vers d’autres molécules ou ions. Le transfert de cette énergie vers le cœur d’ytterbium et de thulium, cependant, n’est pas directement possible en raison du large intervalle de niveau d’énergie entre les colorants et les matières dans le noyau.
Pour atteindre cet objectif, le néodyme est incorporé dans l’enveloppe externe car il a un niveau d’énergie intermédiaire entre celui des couches extérieures et intérieures. Ceci, alors, fournit un « escalier » sur lequel les énergies peuvent voyager de l’enveloppe extérieure vers le noyau interne.
Une image de microscopie électronique en transmission des nouvelles nanoparticules
«En créant des couches spéciales qui aident au transfert efficace de l’énergie de la surface de la particule au coeur, qui émet une lumière bleue et UV, notre conception aide à surmonter certains des obstacles de longue date auxquels les technologies précédentes ont été confrontées», souligne Guanying Chen, professeur de chimie au Harbin Institute of Technology.
Quand on en vient aux utilisations proposées, les chercheurs croient que les nanoparticules pourraient être utilisées en bio-imagerie, où la lumière proche de l’infrarouge pourrait briller sur des nanoparticules luminescentes chirurgicalement implantées ou ingérées dans le corps, de sorte qu’elles brilleraient fortement afin de fournir une source de lumière pour l’imagerie médicale à contraste élevé.
Les scientifiques pensent aussi que des encres contenant les nouvelles nanoparticules pourraient être utilisées pour sécuriser des devises imprimée en imprimant des marquages dans les billets qui sont invisibles, mais qui brilleraient en bleue lorsque les billets seraient éclairés par une impulsion laser de faible énergie, ce qui rendrait ces marquages extrêmement difficiles à copier pour les contrefacteurs.
http://www.buffalo.edu/news/releases/2015/11/017.html
