Un team di ricercatori guidato dai professori Hong Zhang (nanochimica fotonica) e Evert Jan Meijer (chimica computazionale) del Van 't Hoff Institute for Molecular Sciences dell'Università di Amsterdam ha notevolmente migliorato la comprensione fondamentale della conversione dei fotoni nelle nanoparticelle. Attraverso l'approccio collaborativo della spettroscopia avanzata e della modellazione teorica sono stati in grado di stabilire che la migrazione dell'energia di eccitazione influisce notevolmente sulle dinamiche di conversione. In una recente pubblicazione in Angewandte Chemie , i ricercatori descrivono come le nanostrutture di "ioni droganti spazialmente separati" (DISS) possono essere utilizzate per personalizzare le dinamiche di conversione.

L'upconversion è un processo in cui un fotone viene emesso in seguito all'assorbimento di diversi fotoni di energia inferiore. In questo modo "prende" la luce dalle frequenze più basse a quelle più alte. Tipicamente, i materiali di upconversion sono drogati con ioni lantanidi. Questi sono in grado di spostare la luce del vicino infrarosso (NIR) di un economico laser milliwatt ad onda continua verso un livello superiore, frequenze visibili e persino nella regione spettrale dell'ultravioletto (UV). Potenziali applicazioni nella spettroscopia a super risoluzione, archiviazione dati ad alta densità, anticontraffazione, imaging biologico e terapia fotoindotta.

Si è creduto a lungo che la dinamica della luminescenza di conversione verso l'alto fosse determinata esclusivamente dagli ioni emettitori e dalle loro interazioni con gli ioni sensibilizzanti vicini. La ricerca attuale mostra che questo non vale per le nanostrutture. Zhang, Meijer e collaboratori dimostrano che nei nanocristalli il comportamento del tempo di luminescenza è seriamente influenzato dal processo di migrazione dell'energia di eccitazione.

I ricercatori hanno svelato l'intimo legame tra la natura casuale della migrazione di energia e il comportamento temporale della luminescenza di conversione verso l'alto mediante un approccio complementare di spettroscopia avanzata e simulazione Monte Carlo risolta nel tempo. Come sistemi modello hanno utilizzato le cosiddette nanostrutture di "ioni droganti spazialmente separati" (DISS), dove attivatori e sensibilizzanti si trovano in diverse regioni spaziali di una singola nanoparticella. L'influenza della migrazione di energia potrebbe essere rappresentata quantitativamente regolando lo spessore dello strato di migrazione o variando la concentrazione di drogante dello ione migratore nello strato di migrazione.

Si è così stabilito che, per la sua natura casuale, la migrazione dell'energia di eccitazione tra due punti qualsiasi nel cristallo richiede più tempo di quanto ci si aspetterebbe da un trasferimento di energia diretto da punto a punto.

Sulla base di questa nuova fondamentale intuizione, i ricercatori sono stati in grado di controllare con successo il comportamento del tempo di luminescenza di conversione verso l'alto (il processo di aumento o di decadimento) sintonizzando i percorsi di migrazione dell'energia in varie nanostrutture DISS appositamente progettate. Questo risultato è significativo per l'applicazione di questo tipo di materiali nella spettroscopia a super risoluzione, archiviazione dati ad alta densità, anticontraffazione e imaging biologico.