Fotoluminiscencia superlineal

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La fotoluminiscencia es un fenómeno óptico mediante el cual un material emite luz al ser previamente irradiado con radiación electromagnética, por lo general de longitudes de onda en el ultravioleta, visible e infrarrojo. La luz emitida usualmente tiene una longitud de onda mayor que la luz de excitación.[1]​ Generalmente, la intensidad de la luz emitida por fotoluminiscencia es directamente proporcional a la intensidad de la luz de excitación. Sin embargo, en la fotoluminiscencia superlineal la intensidad de la luz emitida incrementa en forma cuadrática o cúbica con la intensidad de la radiación de excitación.

Sistemas con fotoluminiscencia superlineal[editar]

Algunos materiales que presentan fotoluminiscencia superlineal son los sistemas nanoestructurados, como puntos cuánticos semiconductores aislados y puntos cuánticos acoplados con plasmones de nanopartículas metálicas. Este fenómeno se conoce como acoplamiento plasmónico entre nanopartículas metálicas y emisoras.[2]​ También se ha observado este fenómeno en puntos cuánticos metálicos de Au, Ag y Pt.[3]​

Origen de la fotoluminiscencia superlineal[editar]

La excitación de fotoluminiscencia en los materiales se da a través de procesos de absorción y emisión de energía de los electrones a través de niveles de energía cuánticos. Los materiales en bulto presentan una estructura de niveles de energía que se denomina estructura de bandas de energía. A través de estas bandas de energía los electrones pueden moverse. Algunas de estas bandas de energía están separadas por una brecha de energía prohibida (en inglés band gap), y estos valores de energía no pueden ser alcanzados por los electrones. Sin embargo, si el material es irradiado con energía electromagnética, o fotones, de cierta frecuencia los electrones pueden absorber esta energía y moverse a través de las bandas prohibidas. Finalmente, los electrones se des-excitan hasta regresar a su banda de energía inicial o base. El exceso de energía es emitido en forma de fotones o fonones, vibraciones de la red cristalina del material.[4]​

Los puntos cuánticos también tienen niveles de energía que pueden ser ocupados por los electrones que los componen. Los electrones pueden saltar de un nivel de baja energía a uno de alta energía absorbiendo un fotón. Posteriormente, el electrón se des-excita y emite un fotón que puede ser de una energía menor al fotón incidente. El tiempo que tarda en promedio un electrón en un estado de mayor energía, o estado excitado, se le conoce como tiempo de vida del estado excitado. La fotoluminiscencia superlineal puede ocurrir cuando dos o más electrones son excitados simultáneamente a un estado excitado y se des-excitan emitiendo un fotón cada uno de ellos.

Aplicaciones[editar]

La fotoluminiscencia superlineal tiene aplicaciones en el desarrollo de láseres, celdas fotovoltaicas y solares, dispositivos ópticos no-lineales, entre otras.[5]​[6]​[7]​

Referencias[editar]

  1. ↑ Fox, Mark (Anthony Mark). Optical properties of solids (Second edition edición). ISBN 978-0-19-157672-0. OCLC 870994520. Consultado el 17 de enero de 2020. 
  2. ↑ Bornacelli, J.; Torres-Torres, C.; Can-Uc, B.; Rangel-Rojo, R.; Silva-Pereyra, H.G.; Labrada-Delgado, G.J.; Rodríguez-Fernández, L.; Cheang-Wong, J.C. et al. (2019-11). «Coupling effects and ultrafast third-order nonlinear optical behavior in ion-implanted silicon quantum dots and platinum nanoclusters». Optical Materials (en inglés) 97: 109388. doi:10.1016/j.optmat.2019.109388. Consultado el 17 de enero de 2020. 
  3. ↑ Bornacelli, J.; Torres-Torres, C.; Silva-Pereyra, H. G.; Labrada-Delgado, G. J.; Crespo-Sosa, A.; Cheang-Wong, J. C.; Oliver, A. (5 de abril de 2019). «Superlinear Photoluminescence by Ultrafast Laser Pulses in Dielectric Matrices with Metal Nanoclusters». Scientific Reports (en inglés) 9 (1): 1-12. ISSN 2045-2322. doi:10.1038/s41598-019-42174-1. Consultado el 17 de enero de 2020. 
  4. ↑ Kittel, Charles, (1916- ); John Wiley & Sons. Introduction to solid state physics (8th edition, reprint edición). ISBN 978-81-265-3518-7. OCLC 987438137. Consultado el 17 de enero de 2020. 
  5. ↑ Torres-Torres, C.; Bornacelli, J.; Can-Uc, B.; Silva-Pereyra, H. G.; Rodríguez-Fernández, L.; Avalos-Borja, M.; Labrada-Delgado, G. J.; Cheang-Wong, J. C. et al. (1 de junio de 2018). «Coexistence of two-photon absorption and saturable absorption in ion-implanted platinum nanoparticles in silica plates». Journal of the Optical Society of America B (en inglés) 35 (6): 1295. ISSN 0740-3224. doi:10.1364/JOSAB.35.001295. Consultado el 17 de enero de 2020. 
  6. ↑ Torres-Torres, C.; Bornacelli, J.; Rangel-Rojo, R.; García-Merino, J. A.; Can-Uc, B.; Tamayo-Rivera, L.; Cheang-Wong, J. C.; Rodríguez-Fernández, L. et al. (20 de febrero de 2018). «Photothermally Activated Two-Photon Absorption in Ion-Implanted Silicon Quantum Dots in Silica Plates». Journal of Nanomaterials (en inglés) 2018: 1-8. ISSN 1687-4110. doi:10.1155/2018/3470167. Consultado el 17 de enero de 2020. 
  7. ↑ Bornacelli, Jhovani; Torres-Torres, Carlos; Silva-Pereyra, Héctor Gabriel; Rodríguez-Fernández, Luis; Avalos-Borja, Miguel; Cheang-Wong, Juan Carlos; Oliver, Alicia (9 de mayo de 2017). «Nanoscale influence on photoluminescence and third order nonlinear susceptibility exhibited by ion-implanted Pt nanoparticles in silica». Methods and Applications in Fluorescence 5 (2): 025001. ISSN 2050-6120. doi:10.1088/2050-6120/aa6d8c. Consultado el 17 de enero de 2020. 
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