Supernormal Temperature Sensing Performance Realized through the Blue Emitting Level of Er3+ along with Detection Ability in Deep Tissues

化学 深蓝色 光电子学 纳米技术 光化学 物理 材料科学
作者
Guotao Xiang,Ming Xiong,Zhiyu Yang,Yongjie Wang,Lu Yao,Sha Jiang,Xianju Zhou,Li Li,Xiaojun Wang,Jiahua Zhang
出处
期刊:Inorganic Chemistry [American Chemical Society]
卷期号:63 (42): 20014-20021 被引量:2
标识
DOI:10.1021/acs.inorgchem.4c03600
摘要

Fluorescence intensity ratio (FIR)-type optical thermometers based on thermally coupled energy levels (TCLs) of rare earth ions are suitable candidates for noncontact temperature detection in living organisms, microelectronics apparatus, and so forth. Therefore, the improvement of the thermometric sensitivity of TCL-based thermometers has become a research hotspot in recent years. Herein, ultrahigh sensitivity and outstanding resolution for temperature sensing have been realized in YNbO4: Yb3+/Er3+. Unusually, the thermally coupled three-level system of Er3+: 4F7/2/2H11/2/4S3/2 is first employed for optical thermometry based on FIR technology. A supernormal thermometric sensitivity of 2.67% K-1 is obtained from the thermally coupled 4F7/2 and 4S3/2 states due to the large energy gap between them, significantly surpassing that of most temperature sensors in the same category. Furthermore, the existence of the intermediate level 2H11/2 can effectively prevent the decoupling effect between 4F7/2 and 4S3/2. Additionally, the temperature sensing behavior realized by the Stark sublevels of the Er3+: 4I13/24I15/2 transition, with a penetration depth of 8 mm, shows the potential of temperature measurement in deep biological tissues, benefiting from its excitation and emission wavelengths located in the biological window. All of the data reveal that YNbO4: Yb3+/Er3+ is an ultrasensitive optical thermometer and exhibits the capacity of temperature detection in deep tissues.
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