Single molecules detection according to plasmon-enhanced photoluminescence in CeYTbF3 colloidal nanoparticles

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

The interaction of luminescent nanoparticles with plasmonic nanoparticles changes their luminescence, which is associated with the appearance of Förster and Purcell effects. To enhance luminescence, it is important to reduce the effect of the Foerster effect. The finite difference method in the time domain made it possible to determine the conditions for the predominance of the Purcell effect and to develop a technique for analyzing the amplification of transitions, which increases the sensitivity of sensors based on fluorescent nanoparticles.

Full Text

Restricted Access

About the authors

Е. А. Izbasarova

Kazan (Volga Region) Federal University

Author for correspondence.
Email: Izbasarova.E.A@mail.ru

Институт физики

Russian Federation, Kazan

A. R. Gazizov

Kazan (Volga Region) Federal University

Email: Izbasarova.E.A@mail.ru

Институт физики

Russian Federation, Kazan

References

  1. Cohen L., Cui N., Cai Y. et al. // ACS Nano. 2020. V. 14. No. 8. P. 9491.
  2. Barik A., Otto L.M., Yoo D. et al. // Nano Lett. 2014. V. 14. No. 4. P. 2006.
  3. Избасарова Э.А., Газизов А.Р., Харинцев С.С. // Изв. РАН. Сер. физ. 2023. Т. 87. № 12. С. 1788, Izbasarova E.A., Gazizov A.R., Kharintsev S.S. et al. // Bull. Russ. Acad. Sci. Phys. 2023. V. 87. No. 12. P. 1862.
  4. Qin X., Xu J., Wu Y., Liu X. // ACS Cent. Sci. 2019. V. 5. P. 29.
  5. Chen G., Ohulchanskyy T.Y., Liu S. et al. // ACS Nano. 2012. V. 6. No. 4. P. 2969.
  6. Shah S.J., Li W., Tang Y. et al. // Appl. Catal. B. 2022. V. 315. Art. No. 121555.
  7. Жарков Д.К., Шмелев А.Г., Леонтьев А.В. и др. // Изв. РАН. Сер. физ. 2020. Т. 84. № 12. С. 1746, Zharkov D.K., Shmelev A.G., Leontyev A.V. et al. // Bull. Russ. Acad. Sci. Phys. 2020. V. 84. No. 12. P. 1486.
  8. Mendez-Gonzalez D., Lopez-Cabarcos E., Rubio-Retama J., Laurenti M. // Adv. Colloid Interface Sci. 2017. V. 249. P. 66.
  9. Yang B., Chen H., Zheng Z., Li G. // J. Luminescence. 2020. V. 223. Art. No. 117226.
  10. Han Y., Noor M.O., Sedighi A. et al. // Langmuir. 2017. V. 33. No. 45. P. 12839.
  11. Mendez-Gonzalez D., Melle S., Calderón O.G. et al. // Nanoscale. 2019. V. 11. No. 29. P. 13832.
  12. Kushlyk M., Tsiumra V., Zhydachevsky Y. et al. // J. Alloys Compounds. 2019. V. 804. P. 202.
  13. Lu D., Cho S.K., Ahn S. et al. // ACS Nano. 2014. V. 8. No. 8. P. 7780.
  14. Sun Q.C., Mundoor H., Ribot J.C. et al. // ACS Nano. 2014. V. 14. No. 1. P. 101.
  15. Saboktakin M., Ye X., Chettiar U.K. et al. // ACS Nano. 2013. V. 7. No. 8. P. 7186.
  16. Greybush N.J., Saboktakin M., Ye X. et al. // ACS Nano. 2014. V. 8. No. 9. P. 9482.
  17. Yi G., Moon B.S., Wen X. et al. // J. Phys. Chem. C. 2018. V. 122. No. 24. P. 13047.
  18. Das A., Mao C., Cho S.et al. // Nature Commun. 2018. V. 9. No. 1. P. 4828.
  19. Zhang S.Z., Sun L.D., Tian H. et al. // Chem. Commun. 2009. No. 18. P. 2547.
  20. Wu Q., Long Q., Li H. et al. // Talanta. 2015. V. 136. P. 47.
  21. Li Z., Wang L., Wang Z. et al. // J. Phys. Chem. C. 2011. V. 115. No. 8. P. 3291.
  22. Seregina E.A., Seregin A.A., Tikhonov G.V. // Opt. Spectrosc. 2014. V. 116. No. 3. P. 438.
  23. Terra I.A., Borrero-González L.J., Almeida J.M. et al. // Quim. Nova. 2020. V. 43. P. 188.
  24. Ramble J.R. Handbook of chemistry and physics. CRC Press, 2021. 1550 p.
  25. https://www.chemsrc.com/en/cas/9002-98-6_658402.html
  26. Neese F. // Wiley Interdiscip. Rev. Comput. Mol. Sci. 2012. V. 2. P. 73.
  27. Weigend F., Ahlrichs R. // Phys. Chem. Chem. Phys. 2005. V. 7. P. 3297.
  28. Becke A.D. // J. Chem. Phys. 1993. V. 98. P. 5648.
  29. Lee C., Yang W., Parr R.G. // Phys. Rev. B. 1988. V. 37. P. 785.
  30. Grimme S., Antony J., Ehrlich S. et al. // J. Chem. Phys. 2010. V. 132. No. 15. P. 154104.
  31. Grimme S., Ehrlich S., Goerigk L. // J. Comput. Chem. 2011. V. 32. P. 1456.
  32. Valueva S.V., Vylegzhanina M.E., Meleshko T.K. et al. // Russ. J. Appl. Chem. 2020. V. 93. P. 89.
  33. https://omlc.org/spectra/PhotochemCAD/html/084.html.
  34. Pudovkin M.S., Kalinichenko S.I., Nizamutdinov A.S. // Opt. Mater. 2024. V. 148. Art. No. 114831.
  35. Nizamutdinov A., Lukinova E., Shamsutdinov N. et al. // J. Compos. Sci. 2023. V. 7. P. 255.
  36. Khusainova A.I., Nizamutdinov A.S., Shamsutdinov N.I. et al. // Materials. 2024. V. 17. P. 316.
  37. Gazizov A.R., Salakhov M.Kh., Kharintsev S.S. // Bull. Russ. Acad. Sci. Phys. 2022. V. 86. Suppl. 1. P. S71.
  38. Газизов А.Р., Салахов М.Х., Харинцев С.С. // Письма в ЖЭТФ. 2023. Т. 117. № 9. C. 670, Gazizov A.R., Salakhov M. Kh., Kharintsev S.S. // JETP Lett. 2023. V. 117. No. 9. P. 668.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download
2. Fig. 1. Normalized experimental luminescence spectrum of Tb3+ ions (blue spectrum) and the spectrum of power absorbed in gold (orange spectrum). The inset shows a schematic representation of nonradiative energy transfer from donor to acceptor.

Download (320KB)
Indexing metadata
3. Fig. 2. Dependence of the Purcell and Forster coefficients on the linker layer thickness in a configuration with one gold nanoparticle with a diameter of 95 (a) and 10 nm (b), in a parallel configuration with two gold nanoparticles with diameters of 95 nm (c), and in a configuration in which the phosphor is bound to two contacting gold nanoparticles (d). The inset shows schematic images of the system configurations.

Download (776KB)
Indexing metadata
4. Fig. 3. Purcell enhancement coefficient for a single gold nanoparticle with different numbers of analyte molecules (radachlorin) in its vicinity (a), one analyte molecule (radachlorin) with a silver nanoparticle (b) and a Drude particle (c), and one analyte molecule (Rose Bengal) with a gold nanoparticle (c).

Download (760KB)
Indexing metadata
5. Fig. 4. Purcell enhancement factor for the configuration of 5 gold nanoparticles on a gold substrate in the form of a pyramid (a) for the cases of the absence of analyte and the presence of radachlorin or rose bengal (b).

Download (386KB)
Indexing metadata

Copyright (c) 2024 Russian Academy of Sciences

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».