Привычный химический прием — добавление атомов фтора в состав светящихся веществ для повышения их яркости — оказался палкой о двух концах. Специалисты Физического института имени П. Н. Лебедева РАН совместно с коллегами из МГТУ им. Н. Э. Баумана и Института спектроскопии РАН доказали, что этот метод работает непредсказуемо: он способен не только усилить излучение, но и снизить его эффективность почти в 50 раз.
Долгое время считалось, что замена водорода на фтор в органических молекулах- «антеннах» универсальна. Фтор уменьшает потери энергии на тепловых колебаниях связей, заставляя материал светиться ярче. Однако детальное исследование комплексов редкоземельных металлов европия, тербия и гадолиния показало обратную сторону этого процесса.
Ученые использовали арсенал современной физики: стационарную, время-разрешенную и ультрабыструю переходную абсорбционную спектроскопию. Выяснилось, что одновременно со снижением потерь фтор провоцирует появление нового электронного состояния с переносом заряда от органической оболочки к металлу. Эта энергетическая «дыра» мгновенно поглощает квант света и рассеивает его в виде тепла, не давая появиться полезному свечению.
Наиболее драматично эффект проявился на комплексе европия. Если без фтора вещество превращало падающий свет в собственное излучение с эффективностью около 47%, то после модификации показатель рухнул до ничтожного 1%. Схожая картина наблюдалась и у соединений тербия.
Совершенно иначе повел себя комплекс гадолиния. Сам ион этого металла инертен к такому переносу заряда. В результате ученым удалось зафиксировать уникальное явление — яркую фосфоресценцию (длительное послесвечение) при комнатной температуре. Обычно тепло быстро гасит подобное состояние, но отсутствие лишних каналов потери энергии позволило ему продержаться достаточно долго. Это открывает дорогу к созданию принципиально новых люминесцентных сенсоров, защитных меток для защиты бренда и элементов систем безопасности.
«Полученные результаты меняют представления о роли фторирования при создании люминесцентных материалов. Работа показывает, что сама по себе эта химическая модификация не гарантирует повышения эффективности свечения. При разработке новых соединений необходимо учитывать возможность образования состояний с переносом заряда, которые могут полностью изменить пути миграции энергии в молекуле. Это позволит сделать шаг к рациональному молекулярному дизайну, сократив число неудачных синтезов и ускорив создание материалов с заранее заданными оптическими свойствами», — рассказывает руководитель проекта Илья Тайдаков.
Ранее Наука Mail рассказывала, что российские генетики доказали самостоятельность сибирского и американского рачков.