Международная группа исследователей с участием ученых НИУ ВШЭ и институтов РАН раскрыла причину, по которой редкоземельный металл европий теряет способность светиться в некоторых органических соединениях. Об этом «Газете.Ru» сообщили в пресс-службе НИУ ВШЭ.
Европий широко используется в люминесцентных материалах — именно он обеспечивает чистое красное свечение в экранах и датчиках. Однако при связывании с органическими молекулами — ацилпиразолонами — его свечение резко ослабевает, тогда как другие лантаноиды, например самарий, в тех же условиях светятся эффективно.
Чтобы разобраться в причине, ученые синтезировали и изучили серии соединений европия, самария и гадолиния. Ключевые эксперименты проводились при сверхнизкой температуре — около минус 196 °C, что позволило «отключить» побочные процессы и проследить, как именно передается энергия внутри молекул.
Оказалось, что в комплексах европия возникает особое состояние с переносом заряда — своего рода «черное окно», через которое энергия уходит не на излучение, а рассеивается в виде тепла.
«Мы подробно изучили люминесцентные свойства всех полученных соединений и наконец нашли причину «плохого» поведения европия. В отличие от комплексов самария, в комплексах европия активируется дополнительный путь потери энергии — состояние с переносом заряда от лиганда к металлу. Это своего рода «черная дыра», которая засасывает энергию и не дает иону излучать свет», — рассказал Юрий Белоусов, доцент НИУ ВШЭ и сотрудник ФИАН.
При этом ученым удалось частично решить проблему: изменение состава комплекса, например замена отдельных молекулярных фрагментов, позволяет подавить этот канал потерь. В одном из экспериментов даже небольшая модификация лиганда полностью «выключила» эффект и вернула свечение европия.
«Раньше химики просто знали, что с ацилпиразолонами европий не «дружит», но причины были неясны. Теперь мы понимаем механизм и можем осознанно подбирать окружение для иона, чтобы блокировать нежелательные состояния», — добавил Белоусов.
Полученные результаты открывают путь к созданию более эффективных красных люминесцентных материалов. Они могут применяться в дисплеях, высокочувствительных термометрах и химических сенсорах.
Ранее ученые раскрыли механизм «протонной магистрали» в живых системах.