Ученые из Физического института имени П. Н. Лебедева с коллегами из Московского государственного технического университета имени Н. Э. Баумана, Института элементоорганических соединений имени А. Н. Несмеянова, Института органической химии имени Н. Д. Зелинского и Института общей и неорганической химии имени Н. С. Курнакова синтезировали новые материалы на основе редкоземельного метала иттербия. Они способны с рекордной эффективностью испускать инфракрасный свет в ответ на облучение ультрафиолетом или под действием электрического тока. Добиться такого эффекта удалось благодаря светособирающей «шубе» с фрагментами нафталина и атомами фтора. На основе своей разработки авторы уже создали прототипы органических светоизлучающих диодов (OLED), которые становятся всё более востребованы в составе разных электронных устройств.
Иттербий — редкоземельный элемент, соединения которого в ответ на облучение ультрафиолетом светятся в ближней инфракрасной области (то есть фотолюминесцируют). Это делает его весьма популярным в качестве активного компонента материалов для лазеров, оптических волокон для линий связи и других устройств. Однако ионы иттербия (Yb3+) из-за особенностей строения плохо поглощают ультрафиолет, поэтому материалы на их основе не показывают высокой эффективности.
В качестве решения ученые предложили поместить ион иттербия в оболочку из специально подобранных органических молекул. В нее ученые включили фрагменты нафталина и атомы фтора. Первые интенсивно поглощают ультрафиолет, а вторые служат изолятором, чтобы передаваемая на ион иттербия энергия не рассеивалась в окружающую среду.
Материал оказался способен к фотолюминесценции с рекордным для аналогичных веществ значением эффективности — 3,2 %. Как выяснилось в ходе экспериментов, он также может светиться и под действием электрического тока. Это значительно расширяет возможности его применения: например, такие соединения могут служить в качестве излучающего слоя органических светодиодов (OLED), набирающих популярность в составе различных оптико-электронных приборов. На основе своей разработки авторы создали и опробовали прототип таких устройств, получившиеся OLED показали хорошие результаты.
«Наши новые материалы уникальны тем, что они совместимы с любой из современных технологий изготовления OLED, например, струйной печатью или напылением в вакууме. За счет этого на их основе можно изготовить различные оптоэлектронные устройства, использующие инфракрасное излучение — например, излучающие элементы фотонных микросхем, источники ИК-излучения для волоконной связи, интегрированные непосредственно в полупроводниковый чип, специальные оптические волокна», — рассказывает руководитель проекта по гранту РНФ Илья Тайдаков, доктор химических наук, ведущий научный сотрудник Физического института имени П. Н. Лебедева РАН.
Результаты исследования опубликованы в журнале Dyes and Pigments. Исследование поддержано грантом Российского научного фонда (РНФ), кратко о нем рассказывает пресс-релиз фонда.