​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

  • 06/10/2017

    Томские ученые разрабатывают технологию печати авиадеталей из сплавов титана

    Физики Томского политехнического университета работают над созданием водородостойких изделий из титановых сплавов методом аддитивных технологий. Использование таких технологий в производстве металлических изделий обеспечивают меньший расход материала и возможность получения изделий сложной геометрической формы.
    434
  • 13/04/2016

    Томские ученые разработают новые способы защиты спутников

    Сотрудники НИИ ПММ совместно с учеными ФТФ ​Томского госуниверситета (ТГУ) приступили к изучению взаимодействия космических аппаратов с высокоскоростными ударниками - мелкими метеорами и осколками космического мусора.
    836
  • 19/01/2016

    Топливные ячейки томских ученых помогут сэкономить на выработке энергии

    ​Ученые Томского политехнического университета (ТПУ) создают топливные ячейки, снижающие затраты на выработку электрической и тепловой энергии. Они имеют повышенный коэффициент полезного действия и почти не загрязняют атмосферу.
    902
  • 13/01/2016

    В Томском политехническом университете создают "батарейки" для жилых домов

    ​Ученые ТПУ разработали топливные ячейки, снижающие затраты на выработку электрической и тепловой энергии. Они имеют повышенный коэффициент полезного действия и почти не загрязняют атмосферу. "Батарейки", созданные политехниками и работающие на природном газе, можно будет использовать для энергоснабжения отдельных зданий, в том числе в отдаленных районах.
    1224
  • 25/08/2017

    Молодые физики ТГУ получили новый грант РНФ за создание светодиодов на органике

    Коллектив молодых ученых физического факультета под руководством доцента Рашида Валиева получил поддержку Российского научного фонда на реализацию проекта «Новые электролюминесцентные материалы для создания высокоэффективных органических светодиодов (OLEDs)».
    550
  • 25/01/2018

    Теоретическая работа аспиранта ТГУ получила награду президента

    ​Сотрудник механико-математического факультета ТГУ разрабатывает численную модель, которая позволит оптимизировать теплообмен в различных электронных устройствах, например, компьютерах и телефонах. Благодаря этой модели можно будет еще на этапе проектирования выбрать наилучшие условия для размещения тепловыделяющего элемента, что позволит увеличить срок службы электроприборов.
    309
  • 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.
    318
  • 17/05/2018

    Ученые ТГУ отправятся на поиски новых бактерий

    ​Ученые кафедры физиологии растений и биотехнологии БИ ТГУ в рамках проекта, поддержанного РНФ, займутся поиском новых микроорганизмов в удаленных труднодоступных экосистемах в Сибири. Наряду с этим микробиологи изучат характеристики двух бактерий, обнаруженных в 2017 году глубоко под землей.
    156
  • 11/10/2016

    Алмазы, выращиваемые в ТПУ, могут быть использованы для Большого адронного коллайдера

    ​Ученые лондонского университета Роял Холлоуэй (Royal Holloway, University of London, RHUL) предложили разработать новые датчики для Большого адронного коллайдера на основе тонких алмазных пленок, выращиваемых в Томском политехническом университете.
    1137
  • 11/04/2017

    Томские ученые в ЦЕРНе сузили зону поиска частицы-посредника между видимой и невидимой Вселенной

    ​Ученым Физико-технического института Томского политехнического университета и их коллегам из Европейского центра ядерных исследований (ЦЕРН) за год удалось примерно на 25% сузить зону поиска темного фотона — частицы-посредника между видимым миром и темной материей — невидимой частью нашей Вселенной, влияющей на движение звезд и галактик.
    663