Нафталиновая «шуба» позволила создать из иттербия источники ИК-излучения рекордной интенсивности
13.10.2021
Российские ученые синтезировали новые материалы на
основе редкоземельного метала иттербия. Они способны с рекордной эффективностью
испускать инфракрасный свет в ответ на облучение ультрафиолетом или под
действием электрического тока. Добиться такого эффекта удалось благодаря
светособирающей «шубе» с фрагментами нафталина и атомами фтора. На основе своей
разработки авторы уже создали прототипы органических светоизлучающих диодов (OLED), которые становятся все более востребованы в составе
разных электронных устройств. Результаты
исследования опубликованы в журнале Dyes and Pigments. Исследование
поддержано грантом Российского
научного фонда (РНФ).
Иттербий —
редкоземельный элемент, соединения которого в ответ на облучение ультрафиолетом
светятся в ближней инфракрасной области (то есть фотолюминесцируют). Это делает
его весьма популярным в качестве активного компонента материалов для лазеров, оптических
волокон для линий связи и других устройств. Однако ионы иттербия (Yb3+) из-за особенностей строения плохо
поглощают ультрафиолет, поэтому материалы на их основе не показывают высокой
эффективности.
В качестве
решения ученые из Физического института имени П. Н. Лебедева (Москва) с
коллегами из Московского государственного технического университета имени Н. Э.
Баумана (Москва), Института элементоорганических соединений Российской Академии
наук имени А. Н. Несмеянова (Москва), Института органической химии имени Н. Д.
Зелинского (Москва) и Института общей и неорганической химии имени Н. С.
Курнакова (Москва) предложили поместить ион иттербия в оболочку из специально
подобранных органических молекул. В нее ученые включили фрагменты нафталина и
атомы фтора. Первые интенсивно поглощают ультрафиолет, а вторые служат
изолятором, чтобы передаваемая на ион иттербия энергия не рассеивалась в
окружающую среду.
Материал оказался
способен к фотолюминесценции с рекордным для аналогичных веществ значением
эффективности — 3,2%. Как выяснилось в ходе экспериментов, он также может
светиться и под действием электрического тока. Это значительно расширяет
возможности его применения: например, такие соединения могут служить в качестве
излучающего слоя органических светодиодов (OLED),
набирающих популярность в составе различных оптико-электронных приборов. На
основе своей разработки авторы создали и опробовали прототип таких устройств —
получившиеся OLED показали хорошие результаты.
«Наши новые материалы уникальны
тем, что они совместимы с любой из современных технологий изготовления OLED,
например струйной печатью или напылением в вакууме. За счет этого на их основе
можно изготовить различные оптоэлектронные устройства, использующие
инфракрасное излучение — например, излучающие элементы фотонных микросхем, источники
ИК-излучения для волоконной связи, интегрированные непосредственно в
полупроводниковый чип, специальные оптические волокна»,
— рассказывает руководитель проекта по гранту РНФ Илья Тайдаков, доктор
химических наук, ведущий научный сотрудник Физического института имени П. Н.
Лебедева РАН.
Рисунок. Схематическое изображение координационного соединения
иттербия. Источник: Илья Тайдаков.
Пресс-служба Российского научного фонда