Создан новый класс гибридных люминофоров для нанофотоники
Ученые МФТИ и Федерального исследовательского центра проблем химической физики и медицинской химии РАН получили гибридный люминофор в форме коллоидных квантовых точек — кристаллофосфор фосфида индия, допированного марганцем. Разработка может лечь в основу принципиально новых устройств нанофотоники, не имеющих аналогов в мире.
Результаты работы опубликованы в Journal of Photochemistry and Photobiology A: Chemistry и High Energy Chemistry.
Люминесценция — это явление спонтанного испускания света в результате возбуждения вещества. Возбуждение может произойти из-за поглощения света, механического либо иного воздействия.
Люминофоры востребованы энергетической промышленностью, медициной, системами контроля качества и рядом других областей. Лампы дневного света в наших домах содержат люминофор. Многие медико-биологические исследования проводят с помощью этих соединений. Явление люминесценции лежит в основе защиты от подделок различных объектов, в частности ценных бумаг и банкнот.
Первое поколение люминофоров — кристаллофосфоры — представляют собой широкозонный полупроводник с введенными люминесцирующими ионами. Полупроводник выступает в роли фотопоглощающей матрицы, а примесные ионы — центрами излучательной рекомбинации. В связи с этим контроль спектральных характеристик определяется в первую очередь подбором ионов-допантов. Второе поколение люминофоров — это молекулярные люминофоры, спектральные свойства которых определяются дизайном молекулы и подбором функциональных групп. Вопрос создания гибридных люминофоров, то есть объединяющих в себе принципы создания люминофоров разных поколений, является малоизученным.
Коллоидные квантовые точки — новый класс люминофоров. Они нашли широкое применение в светоизлучающих диодах, солнечных элементах и фотодетекторах, а также в биомедицинских метках. Квантовые точки представляют собой полупроводниковые нанокристаллы. От их размера зависит структура электронных уровней и, как следствие, спектральные свойства. Данный эффект, именуемый квантово-размерным, создает новый подход к созданию люминофоров с заданными спектральными свойствами и выгодно выделяет их на фоне люминофоров прошлых поколений.
Ученые МФТИ и ФИЦ проблем химической физики и медицинской химии РАН рассмотрели способы создания и исследования спектрально-кинетических характеристик кристаллофосфора InP:Mn в форме коллоидных квантовых точек. В данном случае спектральные свойства определяются квантово-размерным эффектом в матрице InP, наличием примесного иона Mn2+, а также взаимным расположением энергетических уровней матрицы и иона-допанта.
В подобных системах наблюдается три вида излучения: флуоресценция, фосфоресценция и замедленная флуоресценция. В первом случае время жизни составляет около 50 нс, во втором — порядка 1 мс, в третьем — от 100 нс до нескольких мкс. Ученые показали, как именно квантово-размерный эффект в таких системах определяет соотношение этих трех видов излучения.
Следует подчеркнуть, что практический аспект использования коллоидных квантовых точек в фотонике основан не на индивидуальных, а на их коллективных свойствах в составе организованных структур — плотноупакованных слоев или нанокластерах. В таких системах возможен перенос носителей заряда, то есть фотопроводимость, и перенос энергии, иными словами Ферстеровский резонансный перенос возбуждения. Причем фотопроводимость имеет место, когда расстояние между гранями квантовых точек не превышает доли нанометров. Зато на любых расстояниях, вплоть до десятка нанометров, наблюдается Ферстеровский резонансный перенос возбуждения. Следовательно, он влияет на транспортные свойства в практически любых плотноупакованных системах, образованных коллоидными квантовыми точками. Эти особенности переноса энергии являются очень важными.
В работе, опубликованной в High Energy Chemistry, ученые исследовали роль флуоресцентных особенностей коллоидных квантовых точек InP:Mn/ZnS в процессах транспорта электронного возбуждения.
«Наличие примеси марганца приводит к появлению нового люминесцентного эффекта — “задержанного” переноса возбуждения, — пояснил Дмитрий Певцов, инженер-технолог лаборатории фотоники квантово-размерных структур МФТИ. — Суть эффекта заключается в возможности наблюдения переноса возбуждения на больших временах порядка миллисекунд, соответствующих продолжительности фосфоресценции, то есть времени жизни возбуждения на примесном ионе двухвалентного марганца, причем перенос происходит по короткоживущим уровням квантовых точек».
Данный эффект присутствует в системах допированных коллоидных квантовых точек, в которых наблюдается замедленная флуоресценция.
Результаты работы ученых, в частности, «задержанный» перенос возбуждения может лечь в основу принципиально новых устройств нанофотоники не имеющих аналогов в мире. Работа поддержана РНФ.
Telegram 
Дзен 
VK Древнеримские инженеры проложили колоссальную сеть дорог через Европу, Северную Африку и Ближний Восток, многие участки которой до сих пор поражают безупречной прямолинейностью. Секрет строительства заключался в использовании трех особых геодезических инструментов, с помощью которых разбивали местность на ровные отрезки и размечали трассы.
Японские исследователи выловили у берегов Окинавы пластиковую бутылку с узким горлышком, внутри которой сидел большой живой краб. В итоге ученые смогли найти ответы на несколько возникших в связи с этой находкой вопросов: как краб попал в бутылку, сколько там находился и как ему удалось выжить?
Если достаточно развитая цивилизация может отправлять к звездам не колонистов, а крошечные автономные зонды с ИИ, роботами и архивами знаний, то молчание Вселенной становится еще более странным. Возможно, развитые цивилизации не строят космические империи и не окружают звезды мегаструктурами, а расселяются по Галактике тихо — с помощью малозаметных автоматических систем.
Древнеримские инженеры проложили колоссальную сеть дорог через Европу, Северную Африку и Ближний Восток, многие участки которой до сих пор поражают безупречной прямолинейностью. Секрет строительства заключался в использовании трех особых геодезических инструментов, с помощью которых разбивали местность на ровные отрезки и размечали трассы.
Самый маленький дневной хищник Африки впервые попал под наблюдение с помощью GPS-трекеров. Ученые выяснили, что для выкармливания птенцов ему нужен участок почти в 14 раз меньше, чем у степной пустельги — ближайшего «рекордсмена» среди изученных птиц.
Терраформировать Марс — то есть превратить в мир, где можно жить без защитных куполов — мечта человечества с того момента, как стало понятно, что это холодная планета с призрачной бескислородной атмосферой. Сейчас главный хедлайнер ее освоения — Илон Маск, компания SpaceX которого планирует первые полеты туда уже в 2028 году. Многие энтузиасты вспоминают слова Маска 14-летней давности: Красную планету надо лишь «подремонтировать», чтобы ходить без скафандра. Но между полетом и прогулками по городу-саду на Марсе лежит огромная пропасть. Пару лет назад Naked Science рассматривал положительный сценарий терраформирования. Пришло время подсчитать, сколько же лет и ресурсов потребуется.
Хотя длительность помех не превышала десяти секунд, это первый известный случай такого рода. Обычно спутникам не хватает мощности для создания радиосигналов той силы, что нужна для подобных помех.
Вселенная может оказаться «замкнутой» глобальной структурой, где свет от далеких галактик способен возвращаться к наблюдателю с разных направлений. Именно такой сценарий не удалось исключить авторам нового масштабного обзора. Проверить его предсказания астрономы смогут уже в ближайшие годы.
Ученые впервые на молекулярном уровне доказали, что обычная вода одновременно состоит из двух разных жидких состояний — более плотного и менее плотного, которые непрерывно сменяют друг друга. Раз молекулярная «двойственность» действительно существует, это подтверждает спорную 30-летнюю гипотезу. Новое открытие поможет, наконец, объяснить десятки «странных» физических аномалий воды, включая ее расширение при замерзании и парадоксальное изменение вязкости под давлением.
Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.
Понятно
Что-то в вашем комментарии показалось подозрительным, поэтому перед публикацией он пройдет модерацию.
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