Люминесцентная нанотермометрия с одиночными органическими молекулами: влияние электрон-фононного взаимодействия

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Доступ платный или только для подписчиков

Аннотация

Люминесцентная термометрия – стремительно развивающийся научный метод, основанный на зависимости люминесцентных и спектральных характеристик наноразмерных излучателей от температуры. Точность данного метода существенным образом зависит от используемых теоретических моделей, описывающих температурное поведение спектров. В настоящей работе мы приводим краткий обзор наших недавних результатов, связанных с новыми подходами к описанию температурного уширения спектральных линий одиночных органических молекул в полимерной матрице как результата электрон-фононного взаимодействия. Мы полагаем, что рассматриваемый подход может быть успешно применен для разнообразных перспективных излучателей, используемых в люминесцентной термометрии.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

А. О. Савостьянов

Физический институт им. П. Н. Лебедева РАН, Троицкое обособленное подразделение (ТОП ФИАН)

Автор, ответственный за переписку.
Email: journal@electronics.ru
ORCID iD: 0000-0001-8815-8440

аспирант

Россия, 108840 Троицк, Москва

И. Ю. Еремчев

Институт спектроскопии РАН; Московский педагогический государственный университет (МПГУ)

Email: journal@electronics.ru
ORCID iD: 0000-0002-2239-5176
Россия, Троицк, Москва; Москва

А. В. Наумов

Физический институт им. П. Н. Лебедева РАН, Троицкое обособленное подразделение (ТОП ФИАН); Московский педагогический государственный университет (МПГУ)

Email: journal@electronics.ru
ORCID iD: 0000-0001-7938-9802
Россия, 108840 Троицк, Москва; Москва

Список литературы

  1. G. Kucsko, P. C. Maurer, N. Y. Yao, M. Kubo, H. J. Noh, P. K. Lo, H. Park, and M. D. Lukin, Nanometre-Scale Thermometry in a Living Cell, Nature 500, 54 (2013).
  2. J. Zhou, B. del Rosal, D. Jaque, S. Uchiyama, and D. Jin, Advances and Challenges for Fluorescence Nanothermometry, Nat. Methods 17, 967 (2020).
  3. R. G. Geitenbeek, A.-E. Nieuwelink, T. S. Jacobs, B. B. V. Salzmann, J. Goetze, A. Meijerink, and B. M. Weckhuysen, In Situ Luminescence Thermometry To Locally Measure Temperature Gradients during Catalytic Reactions, ACS Catal. 8, 2397 (2018).
  4. C. Mi, J. Zhou, F. Wang, G. Lin, and D. Jin, Ultrasensitive Ratiometric Nanothermometer with Large Dynamic Range and Photostability, Chemistry of Materials 31, 9480 (2019).
  5. J. Qiao, X. Mu, and L. Qi, Construction of Fluorescent Polymeric Nano-Thermometers for Intracellular Temperature Imaging: A Review, Biosens. Bioelectron. 85, 403 (2016).
  6. L. Meng, S. Jiang, M. Song, F. Yan, W. Zhang, B. Xu, and W. Tian, TICT-Based Near-Infrared Ratiometric Organic Fluorescent Thermometer for Intracellular Temperature Sensing, ACS Appl. Mater. Interfaces 12, 26842 (2020).
  7. C. D. S. Brites, S. Balabhadra, and L. D. Carlos, Lanthanide-Based Thermometers: At the Cutting-Edge of Luminescence Thermometry, Adv. Opt. Mater 7, 1801239 (2019).
  8. L. Marciniak, K. Kniec, K. Elżbieciak-Piecka, K. Trejgis, J. Stefanska, and M. Dramićanin, Luminescencсe Thermometry with Transition Metal Ions. A Review, Coord. Chem. Rev. 469, 214671 (2022).
  9. S. Choi, V. N. Agafonov, V. A. Davydov, and T. Plakhotnik, Ultrasensitive All-Optical Thermometry Using Nanodiamonds with a High Concentration of Silicon-Vacancy Centers and Multiparametric Data Analysis, ACS Photonics 6, 1387 (2019).
  10. V. P. Dresvyansky, A. V. Kuznetsov, E. F. Martynovich, S. Enkbat, Monitoring the Heat of a Material during the Laser Formation of Defects // Bulletin of the Russian Academy of Sciences: Physics. – 2020. – Vol. 84, No. 7. – P. 811–814. – doi: 10.3103/S1062873820070084.
  11. А. И. Аржанов, А. О. Савостьянов, К. А. Магарян, К. Р. Кримуллин, А. В. Наумов, Фотоника полупроводниковых квантовых точек: прикладные аспекты // Фотоника. – 2022. – Т. 16, № 2. – С. 96–113. – doi: 10.22184/1993–7296.FRos.2022.16.2.96.112.
  12. L. J. Mohammed and K. M. Omer, Carbon Dots as New Generation Materials for Nanothermometer: Review, Nanoscale Res. Lett. 15, 182 (2020).
  13. M. D. Dramićanin, Trends in Luminescence Thermometry, J. Appl. Phys. 128, (2020).
  14. A. V. Naumov, Low Temperature Spectroscopy of Organic Molecules in Solid Matrices: From the Shpolsky Effect to the Laser Luminescent Spectromicroscopy for All Effectively Emitting Single Molecules, Physics Uspeckhi 183, 633 (2013).
  15. C. Gooijer, F. Ariese, and J. W. Hofstraat, editors, Shpol’skii Spectroscopy and Other Site-Selection Methods: Applications in Environmental Analysis, Bioanalytical Chemistry, and Chemical Physics (John Wiley & Sons, Hoboken, New Jersey, 2000).
  16. A. O. Savostianov, I. Y. Eremchev, T. V. Plakhotnik, and A. V. Naumov, The Key Role of Chromophore-Modified Vibrational Modes on Thermal Broadening of Single-Molecule Spectra in Disordered Solids, Phys. Rev. B to be published
  17. A. O. Savostianov, I. Y. Eremchev, T. V. Plakhotnik, A. S. Starukhin and A. V. Naumov, Manifestation of hybridization of intrinsic and induced resonant quasi-localized low-frequency vibrational modes of a polymer in low-temperature spectra of single impurity molecules, JETP Lett. to be published
  18. I. Yu. Eremchev, M. Yu. Eremchev, and A. V. Naumov, Multifunctional Far-Field Luminescence Nanoscope for Studying Single Molecules and Quantum Dots, Physics Uspekhi 189, 312 (2019).
  19. D. E. McCumber and M. D. Sturge, Linewidth and Temperature Shift of the R Lines in Ruby, J. Appl. Phys. 34, 1682 (1963).
  20. G. J. Small, Comment on Frequency Shift and Transverse Relaxation of Optical Transitions in Organic Solids, Chem. Phys. Lett. 57, (1978).
  21. I. S. Osad’ko, Optical Dephasing and Homogeneous Optical Bands in Crystals and Amorphous Solids: Dynamic and Stochastic Approaches, Phys. Rep. 206, 43 (1991).
  22. A. S. Barker and A. J. Sievers, Optical Studies of the Vibrational Properties of Disordered Solids, Rev. Mod. Phys. 47, (1975).
  23. L. Razinkovas, M. W. Doherty, N. B. Manson, C. G. Van de Walle, and A. Alkauskas, Vibrational and Vibronic Structure of Isolated Point Defects: The Nitrogen-Vacancy Center in Diamond, Phys. Rev. B 104, 045303 (2021).
  24. K. Sharman, O. Golami, S. C. Wein, H. Zadeh-Haghighi, C. G. Rocha, A. Kubanek, and C. Simon, A DFT Study of Electron–Phonon Interactions for the C2CN and VNNB Defects in Hexagonal Boron Nitride: Investigating the Role of the Transition Dipole Direction, Journal of Physics: Condensed Matter 35, 385701 (2023).

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Спектры возбуждения флуоресценции одиночной молекулы ТБТ в матрице ПИБа при различных температурах.

Скачать (1MB)
Метаданные
3. Рис. 2. Экспериментально измеренные значения γph(T) (кружки), а также теоретическое описание при помощи системы Ур. 2 (красная сплошная кривая). На вставке: функция ГPIB (ω) (синие линия и штриховка), Г0(ω) (оранжевые линия и штриховка).

Скачать (117KB)
Метаданные

© Савостьянов А.О., Еремчев И.Ю., Наумов А.В., 2023

Данный сайт использует cookie-файлы

Продолжая использовать наш сайт, вы даете согласие на обработку файлов cookie, которые обеспечивают правильную работу сайта.

О куки-файлах