​Ученые кафедры оптики и спектроскопии физического факультета ТГУ с коллегами из Швеции и Финляндии создали алгоритм для расчета фотофизических и люминесцентных характеристик молекул. Благодаря этому алгоритму можно вычислять оптические, люминесцентные (светимость, квантовый выход флуоресценции) свойства молекул и веществ с использованием высокоточных методов квантовой химии. Результаты опубликованы в журнале королевского химического общества Physical Chemistry Chemical Physics. 

– С помощью этого алгоритма мы можем предсказывать свойства молекул и веществ на компьютере, и это намного дешевле, чем закупать оборудование для их синтеза и измерения их свойств, – рассказывает один из авторов исследования, доцент ФФ ТГУ Рашид Валиев. – Это дает доступный инструмент для анализа и предсказания. А уже на основе нашего предсказания можно синтезировать более конкретные запросы и с желаемыми свойствами в различных областях. Сейчас в рамках другого проекта мы, например, планируем исследования по научному предсказанию свойств лекарств народной медицины.

В коллектив ученых, создавших алгоритм, также вошли Виктор Черепанов (ТГУ), Глеб Барышников (ТГУ и Королевский Технологический Университет, Швеция) и Даге Сундхольм (Университет Хельсинки, Финляндия). Для расчетов они использовали фотофизическую теорию и модель Биксона-Джортнера, в качестве инструмента вычисления необходимых величин – современные неэмпирические методы квантовой химии без подгоночных экспериментальных коэффициентов. Таким образом получилось предсказывать свойства органических и металлорганических молекул, не синтезируя их предварительно.

Алгоритм позволит разрабатывать дизайн молекул и веществ, на основе которых в дальнейшем могут быть созданы оптические устройства подобно органическим светодиодам, лазерам. Все исследования ученые вели в рамках проекта РНФ «Новые электролюминесцентные материалы для создания высокоэффективных органических светодиодов (OLEDs)». Руководитель проекта – Рашид Валиев.

Органические светоизлучающие диоды (Organic Light-Emitting Diode – OLEDs) являются более дешевой  и экологически безопасной альтернативой традиционным неорганическим источникам света. Сравнительно проще и процесс изготовления OLEDs. Органические светодиоды имеют преимущество перед обычными лампами накаливания, так как работают при низкой мощности питания и при этом обладают высокой эффективностью. Они излучают свет и практически не нагреваются, более того, позволяют освещать намного большую поверхность по сравнению с лампами накаливания благодаря контролируемой направленности излучения. 

В качестве апробации алгоритма ученые вычислили оптические характеристики известных и важных молекул, которые используются в технологии OLEDs (Alq3, Ir(ppy)3, гетеро[8]циркулены), в фотодинамической терапии (псорален), в лазерной технологии (PM567), в различных приложениях нанотехнологий (полиацены и порфирины).

В настоящее время с помощью этого алгоритма коллектив исследует люминесцентные свойства производных карбазола, гетеро[8]циркуленов, чтобы получить рецепт создания высокоэффективных OLEDs-устройств на базе этих соединений.

Добавим, что по итогам 2017 года Рашид Валиев был признан «Молодым ученым года» ТГУ – за активную научно-исследовательскую работу и публикации в журналах с высоким импакт-фактором. Среди его работ – исследования о химических процессах в экзосферах Луны и Меркурия, открытие нового вида редких молекул, свойствами которых можно управлять путем изменения индукции внешнего магнитного поля, расчеты параметров новых апконверсных наночастиц.

– Мы все состоим из молекул, и в основе всего заложена физика, даже в химии и биологии. В основном моя работа происходит на стыке трех наук – физики, химии и биологии. Еще рядом астрономия, а конкретно, астрохимия. Открытия и достижения сейчас делаются на стыке наук, а не в узкой специализированной области; любая наука развивается в коллаборации, – объясняет Рашид широкий спектр своих научных работ.

Похожие новости

  • 09/01/2018

    Томские радиофизики разрабатывают новый метод ультразвуковой 3D-печати

    Радиофизики ТГУ создали установку для левитации мелких частиц, в частности, пенопласта, в акустическом поле. На основе этой технологии к 2020 году они должны разработать новый метод ультразвуковой 3D-печати, который может быть применим для химически агрессивных растворов или веществ, разогретых до высоких температур.
    811
  • 21/06/2019

    Томские ученые создали новый сплав с памятью формы, который превзошел никелид титана

    ​Ученые лаборатории физики высокопрочных кристаллов СФТИ ТГУ в рамках совместного гранта РНФ и Немецкого научно-исследовательского сообщества (DFG) разработали новый сплав с памятью формы. По функциональным характеристикам он превосходит никелид титана – лидера среди материалов, способных восстанавливать свою форму при нагреве после высоких внешних нагрузок.
    377
  • 07/03/2019

    Ученые Томска разрабатывают морозостойкое горючее на основе дизельного топлива и воды

    ​Группа ученых научно-образовательного центра И. Н. Бутакова Национального исследовательского Томского политехнического университета (ТПУ) разрабатывает топливо, не теряющее эффективности в условиях низких и отрицательных температур.
    438
  • 12/03/2019

    ТГУ разработает новые катализаторы для ресурсосберегающей энергетики

    Проект международного научного коллектива лаборатории каталитических исследований ТГУ получил поддержку Российского научного фонда на разработку новых катализаторов для усовершенствования существующих каталитических технологий и создание технологических решений нового поколения.
    364
  • 08/05/2019

    Ученые ТПУ и Италии исследуют новые композитные материалы на основе сахарного тростника

    ​Ученые Томского политехнического университета вместе с коллегами из Италии, Канады и Германии изучили теплофизические характеристики образцов новых композиционных материалов из органических волокон на основе сахарного тростника.
    453
  • 31/07/2019

    Ученые создали первые отечественные синие светодиоды для дисплеев

    ​Физики Томского государственного университета (ТГУ) на основе дешевых материалов создали синие органические светоизлучающие диоды (OLED - organic light emitting diode), которые необходимы для создания дисплеев телефонов и телевизоров.
    272
  • 29/06/2019

    Томские ученые проверят стабильность никелида титана в экстремальных условиях

    ​Сотрудники СФТИ ТГУ при поддержке РНФ проводят исследования предела функциональных возможностей никелида титана – самого популярного материала с памятью формы. Ученые анализируют поведение сплава в условиях высокой температуры и повышенной нагрузки, а также создают новые режимы термообработки для улучшения функциональных свойств.
    351
  • 21/01/2019

    Томские радиофизики создают систему ранней диагностики рака молочной железы

    ​Радиофизики ТГУ разрабатывают устройство, которое будет способно на ранней стадии выявлять рак молочной железы, а также проводить неинвазивную диагностику крови и заболеваний внутренних органов с помощью радиоволн.
    997
  • 11/02/2019

    Ученый из ТПУ: хочется создавать что-то реальное

    ​В 2018 году грантом Российского научного фонда был поддержан проект ассистента Научно-образовательного центра И.Н. Бутакова Максима Пискунова «Устойчивое к условиям низких температур вододизельное микроэмульгированное топливо».
    414
  • 20/08/2019

    Физики из Франции, США и РФ изучат формирование и спектры озона

    Команда физиков из Франции, США, и России (Томск, ТГУ) исследует механизмы формирования и распада озона (O3), его характеристики и свойства на молекулярном уровне при взаимодействии с радиацией. Полученные результаты помогут осуществлять контроль качества озонового слоя, который участвует в формировании атмосферы и климата Земли, влияет на качество воздуха, охраняет планету от жесткого ультрафиолетового излучения.
    250