Российские ученые совершили прорыв в химии редкоземельных элементов: они научились управлять их люминесценцией, меняя цвет и яркость свечения. Это открытие может привести к созданию более эффективных источников света, дисплеев нового поколения и компактных лазеров.
Группа исследователей из НИУ ВШЭ и ИНХС РАН обнаружила, что с помощью специального химического окружения можно изменять свойства свечения редкоземельных металлов. Например, церий, который традиционно излучает в ультрафиолетовом диапазоне, в новых условиях начал светиться желтым светом. Результаты исследования опубликованы в авторитетном журнале «Optical Materials».
Редкоземельные элементы (лантаноиды) широко применяются в современных технологиях: в производстве светодиодов и энергосберегающих ламп, люминофорах для дисплеев, лазерных системах…
Их ценность — в способности излучать свет строго определенного цвета. Однако до сих пор считалось, что этот цвет нельзя изменить. Российские химики опровергли это утверждение.
Когда атом получает энергию (от света или электричества), его электроны переходят на более высокий уровень, а затем возвращаются обратно, выделяя избыток энергии в виде света.
Обычно свечение происходит за счет переходов между 4f-орбиталями, которые защищены от внешнего влияния. Поэтому цвет излучения всегда постоянный.
Создав специальные химические соединения с органическими лигандами, исследователи смогли задействовать 5d-орбитали, которые чувствительны к внешнему воздействию. Это позволило «перенастроить» цвет свечения.
Практические результаты
— Церий: вместо УФ-излучения (300-400 нм) — красное свечение (655 нм)
— Аналогичные изменения достигнуты для празеодима и тербия
— Разработана методика предсказания спектра свечения для разных соединений
«Раньше мы наблюдали изменение цвета, но не понимали механизма. Теперь мы можем целенаправленно создавать материалы с нужными свойствами», — поясняет Даниил Бардонов, соавтор исследования.
1. Оптоэлектроника: более эффективные светодиоды с регулируемым спектром
2. Дисплеи: улучшенная цветопередача и энергоэффективность
3. Лазеры: компактные источники излучения с настраиваемыми параметрами
«Это фундаментальное открытие, которое открывает путь к созданию совершенно новых материалов», — отмечает Дмитрий Ройтерштейн, руководитель исследования.
Эксперты считают, что разработка российских ученых может сократить время и затраты на создание оптических материалов, так как теперь их свойства можно прогнозировать на этапе проектирования.
Источник: naked-science.ru
Фото: iStock
