Химки изучили свойства неорганических соединений, которые могут светиться в инфракрасном диапазоне, — германатов со структурой апатита. Их можно использовать для создания волоконно-оптических систем передачи информации, устройств для дистанционного зондирования атмосферы, а также лазерных радаров с безопасным для глаз излучением. Исследования поддержаны грантом РНФ. Результаты опубликованы в журнале Dalton Transactions.

Многие вещества могут светиться за счет того, что преобразуют энергию, которую они поглощают, в световое излучение. Люминесценция кристаллов неорганических веществ (кристаллофосфоров) сильно зависит от наличия в них незначительных примесей — активаторов, которые определяют как цвет свечения, так и саму способность кристалла светиться. Иногда интенсивность люминесценции можно увеличить, если дополнительно ввести в матрицу ионы-сенсибилизаторы, которые поглощают возбуждающую энергию и передают ее ионам-активаторам.

Излучение в ближнем и среднем инфракрасном (ИК) диапазоне (2 – 5 микрометров) широко применяют в биомедицинских системах, в устройствах дистанционного зондирования атмосферы, а также в волоконно-оптических линиях связи. Чтобы получить люминесценцию в этой области спектра, в качестве активаторов используют ионы редко встречающихся в земной коре элементов: гольмия, эрбия, тулия, диспрозия и другие. Традиционно эти ионы целенаправленно вводят в неорганическую матрицу в процессе синтеза люминофора, но в некоторых случаях требуемое количество ионов-активаторов настолько мало, что достаточно примесного содержания иона в исходных реактивах. Чтобы увеличить чувствительность веществ к внешним воздействиям, используют сенсибилизаторы — ионы неодима или иттербия.

Ученые синтезировали кристаллофосфор, содержащий следовые количества ионов гольмия, исследовали его структуру, электронные и оптические свойства. Наиболее интенсивно новое соединение светилось в диапазоне 2,1 – 2,7 микрометров. Авторы работы установили его оптимальный состав, чтобы энергия лазерного излучения преобразовывалась в излучение ближнего и среднего ИК-диапазона наиболее эффективно. Исследователи отмечают интересную деталь: отношение концентрации активатора гольмия к сенсибилизатору неодиму оказалось на несколько порядков меньше традиционно используемых значений. По сравнению с германатами с разными кристаллическим строением, германаты со структурой апатита люминесцируют наиболее эффективно.

«Схема межуровневых переходов, возбуждения и излучения для ионов неодима и гольмия была предложена на основе спектров диффузного отражения, кривых затухания люминесценции, а также по результатам исследования концентрационных и мощностных зависимостей», — рассказывает один из авторов работы, старший научный сотрудник Института химии твердого тела УрО РАН Яна Бакланова. Таким образом, авторы предложили для практического использования новую группу кристаллофосфоров и расширили представления об электронной структуре, атомном строении и оптических свойствах германатов со структурой апатита.

В исследовании принимали участие химики Института химии твердого тела УрО РАН, а также их коллеги из Института коллоидов и поверхностей имени Макса Планка (Германия), Школы инженерных наук и материаловедения Лондонского университета Королевы Марии и Лаборатории Резерфорда — Эплтона (Великобритания).

Похожие новости

  • 23/05/2018

    Российские химики синтезировали управляемый молекулярный тормоз

    ​Российские химики из Института физической химии и электрохимии имени А.Н. Фрумкина РАН создали молекулярную машину, две части которой могут свободно вращаться относительно друг друга, а при изменении кислотности среды это вращение тормозится.
    219
  • 05/05/2018

    Российские химики нарушили симметрию ради создания противогрибковых препаратов

     Российские ученые разработали новое соединение, ускоряющее химические реакции, которое можно использовать для синтеза лекарств. Благодаря несимметричной структуре оно позволяет соединять в единую систему две молекулы, точно контролируя их расположение в пространстве.
    346
  • 25/09/2018

    Физики измерили намагниченность диэлектрика за одну триллионную долю секунды

    Коллектив ученых из России, Германии, Швеции и Японии разработал способ изменить намагниченность диэлектрика, воздействуя на него сверхкороткими лазерными импульсами. Ученым удалось добиться времени изменения намагниченности в одну пикосекунду – это в 100 раз меньше, чем предполагалось ранее.
    158
  • 18/08/2017

    Российские и французские ученые разработали уникальный детектор нейтронов

    ​Ученые из Объединенного института ядерных исследований вместе с коллегами из Орсе (Франция) разработали уникальный детектор нейтронов и с его помощью определили вероятность радиоактивного (нейтронного) распада атомных ядер легких химических элементов.
    641
  • 04/10/2018

    Физики впервые получили спиновый ток при помощи лазера

    Исследователи из Физико-технического института имени А.Ф. Иоффе РАН в сотрудничестве с зарубежными коллегами впервые показали, что с помощью сверхкоротких лазерных импульсов можно генерировать гигагерцовый спиновый ток.
    324
  • 18/06/2018

    Сибирские ученые превратили сельхозотходы в уникальную наноцеллюлозу

    Сотрудники Института проблем химико-энергетических технологий Сибирского отделения Российской академии наук (ИПХЭТ СО РАН) разработали новый дешевый способ получить важный для промышленности материал – бактериальную наноцеллюлозу.
    429
  • 27/08/2018

    Зачем ученые собирают образцы льда с горных ледников и отвозят их в Антарктиду

    Из-за глобального потепления площадь почти всех ледников мира сокращается, а некоторые из них уже полностью исчезли. Ученые из России, Европы и США с 2015 года отправляются в экспедиции в горные районы, собирают образцы льда с ледников, которые находятся под угрозой, а затем отправляют их в Антарктиду на хранение.
    210
  • 15/08/2018

    Описаны механизмы увеличения энергии электронов в химических реакциях

    ​Ученые описали, как можно увеличить энергию электронов в ходе химических реакций. Принципы этого процесса используются в химическом синтезе, однако детально их ранее не исследовали. Работа выполнена при поддержке гранта РНФ и опубликована в журнале Angewandte Chemie.
    261
  • 26/03/2018

    Российские ученые создали чернила для печати «батареек» на одежде

    Химики из России создали особую краску из наночастиц, которой можно печатать своеобразные "электрогенераторы" прямо на одежде, вырабатывающие ток при хождении по улице и других действиях человека, передает пресс-служба Российского научного фонда.
    419
  • 05/04/2017

    Байкальские водоросли вошли в крупнейшую коллекцию живых водорослей и в банк геномной ДНК

    ​Ученые из Института биологии внутренних вод имени И.Д. Папанина РАН совместно с коллегами из США создали одну из крупнейших коллекций разнообразных культур живых водорослей и банк геномной ДНК, содержащий более двух тысяч образцов, которые могут использоваться для поиска организмов, необходимых в биотехнологии и создании биотоплива.
    1593