Уведомления
Авторизуйтесь или зарегистрируйтесь, чтобы оценивать материалы, создавать записи и писать комментарии.
Авторизуясь, вы соглашаетесь с правилами пользования сайтом и даете согласие на обработку персональных данных.
Химики научились управлять люминесценцией редкоземельных металлов
Исследователи НИУ ВШЭ и ИНХС РАН нашли способ управлять цветом и яркостью свечения редкоземельных элементов. Их люминесценция кажется предсказуемой: например, церий излучает в ультрафиолетовом диапазоне. Однако ученые показали, что это можно изменить. Они подобрали химическое окружение, при котором ион церия начал светиться желтым светом. Результаты могут помочь в разработке новых источников света, дисплеев и лазеров.
Исследование опубликовано в журнале Optical Materials. Редкоземельные элементы используются в микроэлектронике, светодиодах и люминесцентных материалах благодаря их способности излучать свет строго определенного цвета. Это зависит от того, как ведут себя их электроны при поглощении и высвобождении энергии.
Когда атом получает энергию, например, от света или электрического тока, один из его электронов может перейти на более высокий уровень. Однако это состояние нестабильно, и спустя короткое время электрон возвращается обратно, высвобождая излишек энергии в виде света. Этот процесс называется люминесценцией.
В редкоземельных элементах свечение происходит за счет переходов электронов между 4f-орбиталями — областями вокруг атомного ядра, где могут находиться электроны. Обычно энергия этих переходов фиксирована, поэтому цвет свечения остается постоянным: церий излучает невидимый ультрафиолетовый «свет», тербий — зеленый. 4f-орбитали расположены глубоко внутри атома и почти не взаимодействуют с окружающей средой, а вот 5d-орбитали, напротив, чувствительны к внешнему воздействию, но обычно не принимают участия в люминесценции лантанидов из-за слишком высокой энергии.
Но ученые НИУ ВШЭ и ИНХС РАН показали, что цвет излучения можно изменить, если скорректировать химическое окружение металлов. Они синтезировали комплексы церия, празеодима и тербия, используя органические лиганды — молекулы, окружающие ион металла. Они формируют его геометрию и влияют на свойства комплекса. Во всех случаях вокруг металла симметрично располагали три циклопентадиенильных аниона: это правильные пятиугольники из атомов углерода, к которым присоединены крупные органические фрагменты, обеспечивающие нужную структуру комплекса. Такое окружение создает вокруг иона специфическое электростатическое поле, меняющее энергию 5d-орбиталей и, соответственно, спектр люминесценции.
«Раньше изменение цвета свечения уже наблюдали, но не понимали, как это работает. Сейчас при участии наших коллег-физиков нам удалось разобраться в механизме этого эффекта. Мы специально создавали соединения с нетипичным для лантанидов электронным строением. Не ограничиваясь одним примером, мы сделали серию соединений от церия до тербия, чтобы увидеть, как меняются свойства, и найти общие закономерности», — комментирует студент магистратуры факультета химии НИУ ВШЭ Даниил Бардонов.
В обычных соединениях церий излучает ультрафиолетовый свет с длиной волны 300–400 нанометров. В новых комплексах его свечение сместилось в красную область, до 655 нанометров. Это значит, что разница энергий между 4f- и 5d-уровнями уменьшилась. Аналогичная перестройка электронных уровней наблюдалась и у других изученных лантанидов, что также приводило к изменению их люминесценции.
«Чтобы понять, как это работает, сначала нужно разобраться в механизме передачи энергии. Обычно молекула-лиганд поглощает, например, ультрафиолетовый свет, переходит в возбужденное состояние и затем передает эту энергию атому металла, вызывая его свечение, — объясняет один из авторов статьи, руководитель программы «Химия молекулярных систем и материалов» НИУ ВШЭ Дмитрий Ройтерштейн. — Но в новых соединениях процесс пошел иначе: энергия передавалась не напрямую 4f-электронам, а через промежуточное 5d-состояние».
Исследователи предполагают, что, предсказывая спектр люминесценции, получится эффективнее проектировать материалы с нужными свойствами, не тратя время на перебор вариантов. Это поможет в создании новых источников света.
«Нам удалось показать, как именно окружение атома влияет на его электронные переходы и люминесценцию лантанида, — рассказывает студент бакалавриата факультета химии НИУ ВШЭ Федор Черненький. — Теперь мы можем целенаправленно подбирать структуру соединений, чтобы управлять люминесценцией и получать материалы с заданными оптическими свойствами».
Telegram 
Дзен 
VK Доставку астронавтов на Луну быстрее китайцев предложили возложить не на SpaceX с 500 запусками на земную орбиту в портфолио, а на другую компанию. Общее число ее орбитальных запусков за четверть века существования — один.
По общепринятой и незыблемой до сих пор версии, Уран и Нептун — ледяные гиганты: основную часть их массы составляют летучие вещества в особом состоянии «горячих льдов». Теперь у планетологов появилась альтернативная гипотеза: они подозревают, что никаких «горячих льдов» внутри них может не быть, а вместо этого есть крупные каменные ядра, окруженные легкой газовой оболочкой.
Много лет считалось, что облака Венеры в основном состоят из серной кислоты и воды в них присутствует ничтожно мало. Такая картина сложилась во многом на основе данных зонда «Пионер-Венера», который пролетел через атмосферу планеты в 1978 году. Теперь выясняется, что эти данные были неверно интерпретированы.
Обычно выбрасываемое кометой вещество придает ей заметное ускорение. Как выяснилось, с третьим известным науке межзвездным объектом 3I/ATLAS этого практически не происходит, хотя у него есть и кома, и хвост. Астрофизики сейчас пытаются найти этому объяснение.
Если гипотетическая внеземная цивилизация живет возле очень старой и потому очень горячей звезды, она могла бы спасти свою планету от перегрева с помощью защитной астроинженерной конструкции. Астрофизики рассказали, как ее можно будет обнаружить с помощью новой обсерватории.
Большой коллектив российских ученых из ведущих научных центров, включая Физический институт имени П. Н. Лебедева РАН, Объединенный институт ядерных исследований, НИЦ «Курчатовский институт», МФТИ и Институт ядерных исследований РАН, провел один из самых чувствительных в мире поисков больших дополнительных измерений Вселенной. С помощью уникального детектора DANSS, расположенного в непосредственной близости от энергетического ядерного реактора на Калининской АЭС, физики проанализировали рекордные 5,8 миллиона событий взаимодействия антинейтрино. Хотя прямого подтверждения существования «скрытых миров» найдено не было, полученные результаты установили самые жесткие на сегодняшний день ограничения на их возможные параметры и с высокой долей уверенности исключили гипотезу о дополнительных измерениях как объяснение многолетних загадок в физике нейтрино.
Посадка, включая выгорание куска степи, прошла штатно, но часть грызунов на борту погибли. Правда, погубила их не повышенная космическая радиация полярной орбиты, влияние которой на млекопитающих планировали выявить в миссии, а более банальные причины.
Исследования самодержавия могут пролить свет на феномен, исконно свойственный российской государственности, а значит, переосмыслить исторический путь России и выработку новых направлений развития, к такому выводу пришел ученый ТюмГУ.
Третий известный межзвездный объект 3I/ATLAS летит примерно вдвое быстрее обоих своих предшественников. По расчетам, его вряд ли могло выбросить из родной планетной системы с подобной скоростью, и так разогнаться по пути он тоже не мог.
Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.
Понятно
Из-за нарушений правил сайта на ваш аккаунт были наложены ограничения. Если это ошибка, напишите нам.
Понятно
Наши фильтры обнаружили в ваших действиях признаки накрутки. Отдохните немного и вернитесь к нам позже.
Понятно
Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.
Понятно