用于中红外探测的等离子体增强镧系纳米换能器

《Nature Communications》：Plasmonic-enhanced lanthanide nanotransducers for mid-infrared detection

　　

摘要

先进的中红外（MIR）检测技术广泛应用于从化学传感到热成像的各种领域。传统的MIR光电探测器依赖窄带隙半导体，这些半导体通常需要低温冷却；而无需冷却的替代方案则存在固有的低灵敏度问题。一种新兴策略通过使用基于镧系元素的纳米换能器将MIR光子转化为近红外（NIR）或可见光（VIS）辐射，从而实现了在室温下的正常工作。然而，实际应用中存在显著的非辐射淬灭现象，这限制了转换效率并抑制了MIR诱导的比率发光。在本研究中，我们介绍了一种基于Nd³⁺/Yb³⁺共掺杂NaYF₄纳米粒子与金纳米球耦合的等离子体增强型自组装MIR检测平台。该平台能将MIR信号转化为NIR辐射，这种辐射可以被低成本的硅光电探测器检测到，实现了在8 μm波长下、室温下的特定灵敏度为2×10⁹ Jones。局域表面等离子体共振产生了强约束的电磁场，同时增强了激发和发射过程，使得特定灵敏度相对于原始纳米粒子提高了七倍。结合可扩展的制备工艺和与硅读出电路的兼容性，这种等离子体辅助方法为高性能的MIR传感、成像和光谱学应用铺平了道路。