Interaction of surface acoustic waves with lanthanide-doped nanoparticles

Detalhes bibliográficos
Ano de defesa: 2025
Autor(a) principal: Pinto, Pablo Batista, 1997-
Orientador(a): Não Informado pela instituição
Banca de defesa: Não Informado pela instituição
Tipo de documento: Tese
Tipo de acesso: Acesso aberto
Idioma: eng
Instituição de defesa: [s.n.]
Programa de Pós-Graduação: Não Informado pela instituição
Departamento: Não Informado pela instituição
País: Não Informado pela instituição
Palavras-chave em Português:
Nanotermometria
Nanopartículas dopadas com lantanídeos
Ondas acústicas superficiais
Nanothermometry
Lanthanide-doped nanoparticles
Acoustic surface waves
Link de acesso: https://hdl.handle.net/20.500.12733/38302
Resumo: Orientador: Odilon Divino Damasceno Couto Júnior
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spelling Interaction of surface acoustic waves with lanthanide-doped nanoparticleslnteração de ondas acústicas de superfície com nanopartículas dopadas com lantanídeosNanotermometriaNanopartículas dopadas com lantanídeosOndas acústicas superficiaisNanothermometryLanthanide-doped nanoparticlesAcoustic surface wavesOrientador: Odilon Divino Damasceno Couto JúniorTese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP), Instituto de Física Gleb WataghinResumo: Íons lantanídeos (Ln³?) são conhecidos por suas propriedades ópticas sensíveis a estímulos externos. Ondas acústicas de superfície (SAWs), por sua vez, geram campos de tensão e piezoelétricos que podem modular essa emissão, criando perspectivas tecnológicas interessantes. Neste trabalho, investigamos a resposta óptica de dois sistemas de nanopartículas (NPs) de NaLnF4 dopadas com Ln³? inseridas em linhas de atraso de SAWs: um núcleo@multicasca dopado com Nd³?, Yb³? e Er³? e outro núcleo@casca com Yb³?, Tm³? e Eu³?. Utilizando espectroscopia de conversão ascendente (upconversion), analisamos a dinâmica de recombinação dos íons sob a influência das SAWs propagando-se em substratos de LiNbO3. O sistema dopado com Er³? se mostrou insensível aos campos acústicos. Isso possibilitou que utilizássemos a razão de intensidade luminescente (LIR) entre estados termicamente acoplados para monitorar aumentos locais de temperatura (com resolução micrométrica) induzidos pelo potencial de radiofrequência. Em temperaturas criogênicas, o aumento local de temperatura induzido pela SAW de 26 dBm pode atingir 47 K. Em 225 K, observamos um aumento de 18 K, em excelente concordância com simulações numéricas por elementos finitos. Demonstramos que esses efeitos térmicos podem ser mitigados ajustando a distância entre NPs e transdutores e também pela redução do duty cycle das medidas. Nas NPs dopadas com Tm³?/Eu³?, observamos um forte aumento da emissão do Tm³? (até duas ordens de grandeza) em 5 K, acompanhado de uma modificação da lei de potência de excitação, sugerindo saturação dos estados excitados. Medidas temporais indicaram que a deformação mecânica da SAW não afeta a simetria local, como evidenciado pela emissão do Eu³?, mostrando que a deformação não induz contribuições adicionais à relaxação das regras de seleção óptica. Os resultados apontam para um possível aumento na eficiência da transferência de energia entre Yb³? e Tm³? mediada por fônons coerentes da SAW, embora o mecanismo microscópico que descreve este acoplamento ainda careça de fundamentação teórica. Apesar disso, o considerável aumento na intensidade de emissão detectado experimentalmente nas NPs dopadas com Tm³? cria perspectivas muito interessantes para controlar remotamente a emissão óptica de NPs à base de íons Ln. Nossos resultados revelam que a interação entre os campos de SAW e as NPs dependem drasticamente da composição das mesmas, demonstrando potencial para sua utilização em diferentes aplicaçõesAbstract: Ln³? ions are known for their optical properties that are sensitive to external stimuli. Surface acoustic waves (SAWs), in turn, generate strain and piezoelectric fields that can modulate this emission, offering promising technological prospects. In this work, we investigated the optical response of two nanoparticle (NP) systems doped with Ln³? integrated in SAW delay lines: a core@multishell doped with Nd³?, Yb³?, and Er³?, and another core@shell with Yb³?, Tm³?, and Eu³?. Using upconversion spectroscopy, we analyzed the recombination dynamics of the ions under the influence of SAWs propagating on LiNbO3 substrates. The Er³?-doped system has been shown to be insensitive to acoustic fields. This allowed the use of the luminescence intensity ratio (LIR) between thermally coupled states to monitor local temperature increases induced by radiofrequency potential. At cryogenic temperatures, the SAW-induced temperature increase at 26 dBm can reach 47 K. At 225 K, we observed an increase of 18 K, in excellent agreement with finite element simulations. We demonstrated that these thermal effects can be mitigated by the distance between the NPs and the transducers, as well as by reducing the measurement duty cycle. In the NPs with Tm³?/Eu³?, we observed a strong enhancement of Tm³? emission (up to two orders of magnitude) at 5 K, accompanied by a modification in the excitation power law, suggesting saturation of the excited states. Time-resolved measurements indicated that the mechanical deformation of the SAW does not affect the local symmetry, as evidenced by the Eu³? emission, showing that the deformation does not induce additional contribution to the relaxation of the optical selection rules. The results point to a possible enhancement in the energy transfer efficiency between Yb³? and Tm³? mediated by coherent SAW phonons, although the microscopic mechanism describing this coupling still lacks theoretical foundation. Nonetheless, the considerable increase in emission intensity experimentally detected in the Tm³?-doped NPs creates very interesting prospects for externally and on-demand controlling the optical emission of Ln-based NPs. Our results reveal that the interaction between SAW fields and the NPs depends drastically on their composition, demonstrating potential for their use in different applicationsAbertoDoutoradoFísicaDoutor em CiênciasCNPQ161487/2021-1; 306201/2022-4; 304807/2022-2FAPESP2021/06803-4; 2022/03323-4; 2023/00191-2; 2021/0811-2CAPES001; 88887.639741/2021-00[s.n.]Couto Júnior, Odilon Divino Damasceno, 1979-Sousa Filho, Paulo Cesar deTessler, Leandro RussovskiLongo, Ricardo LuizCarneiro Neto, Albano NetoUniversidade Estadual de Campinas (UNICAMP). Instituto de Física Gleb WataghinPrograma de Pós-Graduação em FísicaUNIVERSIDADE ESTADUAL DE CAMPINASPinto, Pablo Batista, 1997-20252025-08-20T00:00:00Zinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/doctoralThesisapplication/pdf1 recurso online (171 p.) : il., digital, arquivo PDF.https://hdl.handle.net/20.500.12733/38302PINTO, Pablo Batista. Interaction of surface acoustic waves with lanthanide-doped nanoparticles. 2025. 1 recurso online (171 p.) Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP), Instituto de Física Gleb Wataghin, Campinas, SP. Disponível em: 20.500.12733/38302. Acesso em: 27 abr. 2026.https://repositorio.unicamp.br/acervo/detalhe/1523128Cover: https://repositorio.unicamp.br/capa/capa?codigo=1523128engreponame:Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP)instname:Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP)instacron:UNICAMPinfo:eu-repo/semantics/openAccess2026-03-11T11:57:27Zoai::1523128Biblioteca Digital de Teses e DissertaçõesPUBhttp://repositorio.unicamp.br/oai/tese/oai.aspsbubd@unicamp.bropendoar:2026-03-11T11:57:27Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP) - Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP)false
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