В лабораториях мира
Ученые узнали, почему европий плохо себя ведет
Люминесцентные материалы на основе редкоземельных металлов – лантаноидов – используются повсюду: от экранов смартфонов до медицинских датчиков. Особое место среди них занимает европий. Именно он отвечает за идеально чистое красное свечение в дисплеях. Для формирования полноценного цветного изображения в дисплеях необходимы три базовых цвета: красный, синий и зеленый. Если красный цвет оказывается недостаточно чистым и имеет посторонние оттенки, это нарушает цветопередачу: изображение теряет насыщенность и выглядит неестественно.
В неорганических материалах европий уже давно используется для получения яркого красного излучения. Вместе с тем химикам требуются более дешевые и технологичные варианты – органические соединения, которые легче поддаются обработке и нанесению на поверхности. Для этого к иону европия присоединяют специальные молекулы-лиганды, выполняющие роль «антенн»: они поглощают внешнюю энергию, например, ультрафиолетовый свет, и передают ее иону металла, вызывая его излучение. Однако при связывании европия с такими лигандами интенсивность его люминесценции резко снижается, те же молекулы-антенны, в свою очередь, эффективно «включают» свет у других лантаноидов – тербия и самария.
Международная команда исследователей при участии химиков из ФИАН, МГУ, ИОНХ РАН, МГТУ имени Баумана, ИТФ имени Л. Д. Ландау и НИУ ВШЭ изучили причины такого поведения европия. Для этого были синтезированы три серии соединений самария, европия и гадолиния с ацилпиразолонами.
Выращивание кристаллов заняло десять лет. Расшифровав их структуру, исследователи приступили к изучению люминесценции полученных соединений. Они облучали образцы ультрафиолетом и измеряли, насколько ярко те светятся, с какой длиной волны и как быстро затухает свечение. Ключевой эксперимент провели при сверхнизкой температуре (минус 196 градусов Цельсия): охлаждение образцов «выключает» многие шумовые процессы и позволяет увидеть скрытые механизмы переноса энергии.