Механизм свечения: от электронов к цвету
Редкоземельные элементы — ключевые компоненты современных технологий, от светодиодов до наноэлектроники. Их уникальность заключается в способности испускать свет определённого оттенка благодаря электронным переходам. Когда атом поглощает энергию света или электричества, один из электронов поднимается на высший уровень, а затем возвращается, высвобождая энергию в виде излучения. Именно этот процесс формирует яркую люминесценцию.
Тайны 4f- и 5d-орбиталей
У лантанидов свечение возникает при переходе электронов между глубоко расположенными 4f-орбиталями, что обеспечивает стабильный цвет. Например, церий излучает в ультрафиолете, а тербий — в зелёном спектре. При этом 5d-орбитали, чувствительные к внешним условиям, раньше считались «незадействованными» из-за высокой энергии переходов. Но всё изменилось благодаря исследованиям российских учёных.
Новый подход от НИУ ВШЭ и ИНХС РАН
Команда химиков из НИУ ВШЭ и ИНХС РАН раскрыла, как химическое окружение влияет на спектр люминесценции. Синтезировав комплексы церия, празеодима и тербия с органическими лигандами, они создали симметричную структуру из трёх циклопентадиенильных анионов. Это формирует уникальное электростатическое поле, корректирующее энергию 5d-орбиталей и открывающее путь к управлению цветом свечения.
От ультрафиолета к красному: революция в экспериментах
Раньше церий в соединениях излучал исключительно в УФ-диапазоне (300–400 нм). Однако в новых комплексах его свечение сместилось до 655 нм — в красную область спектра! Это доказывает: изменение энергии 5d-орбиталей снижает разрыв между уровнями переходов. Аналогичные сдвиги наблюдались у других редкоземельных элементов, подтверждая универсальность метода.
Энергетический прорыв: мнение Дмитрия Ройтерштейна
«Традиционно энергия передаётся через лиганды напрямую 4f-электронам, — отмечает Дмитрий Ройтерштейн, руководитель программы НИУ ВШЭ. — Но в наших соединениях появился промежуточный этап с участием 5d-состояния. Это уникальный механизм, который открывает возможности для тонкой настройки оптических свойств».
Перспективы для технологий будущего
«Теперь мы можем проектировать материалы с заданным спектром свечения, минуя метод проб и ошибок, — делится Федор Черненький, студент НИУ ВШЭ. — Это ускорит создание энергоэффективных источников света и сенсоров нового поколения». Синтез «умных» люминофоров с контролируемыми параметрами станет новым шагом в материаловедении и фотонике.
Источник: naked-science.ru
