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 Одной из главных анатомических особенностей эволюции рода Homo считается резкое увеличение объема черепной коробки за последние примерно два миллиона лет. За это время она в среднем увеличилась в три раза. Однако авторы нового исследования поставили под сомнение традиционную гипотезу, согласно которой этот процесс был результатом естественного отбора. По их мнению, он мог оказаться случайностью.
Сканирующая туннельная микроскопия достигла квантово-механического предела пространства-времени. Физики провели эксперимент и смоделировали перемещение одиночного электрона с атомарной точностью и скоростью в доли фемтосекунды. Результат показал границы применимости квантовых законов и объяснил механику сверхбыстрых процессов.
Британские палеонтологи установили, что самый первый окаменелый фрагмент динозавра, когда-либо найденный в Антарктиде, принадлежал титанозавру. Эта группа длинношеих ящеров-завроподов включает в себя самых огромных сухопутных существ, когда-либо ходивших по земле.
Анализ более 150 тысяч древних звезд Млечного Пути показал, что возраст космоса, судя по всему, близок к 13,8 миллиарда лет. Авторы нового исследования заключили, что сценарии, в которых Вселенную приходится делать заметно «моложе» ради решения хаббловского кризиса, плохо согласуются с наблюдениями. Это важно, поскольку возраст старейших светил — один из немногих независимых способов проверить космологические модели не по данным ранней Вселенной, а по объектам нашей собственной Галактики.
Сканирующая туннельная микроскопия достигла квантово-механического предела пространства-времени. Физики провели эксперимент и смоделировали перемещение одиночного электрона с атомарной точностью и скоростью в доли фемтосекунды. Результат показал границы применимости квантовых законов и объяснил механику сверхбыстрых процессов.
В 2025 году детекторы гравитационных волн уловили потенциальное слияние черных дыр крайне малой массы. Ученые из Университета Майами считают, что участники того события могут открыть новое направление в исследовании темной материи.
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