Команда российских ученых во главе с исследователями из Физического института имени П. Н. Лебедева РАН создала новые координационные соединения редкоземельного металла неодима. Полученные соединения способны светиться в ближнем инфракрасном диапазоне под действием ультрафиолетового излучения или электрического тока, причем эффективность преобразования излучения достигает рекордных значений. На их основе были изготовлены тестовые светодиоды. Исследование было поддержано грантом Российского научного фонда (РНФ). О своей работе ученые сообщили в журнале Dyes and Pigments, кратко ее итоги представлены в пресс-релизе РНФ.
Органические светодиоды (OLED) отличаются высокой яркостью, низким энергопотреблением и относительной простотой производства. Чаще всего их используют для создания дисплеев и экономичных осветительных панелей, но в последнее время сфера их применения расширяется. Современные OLED-устройства делаются на основе металлоорганических соединений металлов платиновой группы (иридия, платины, осмия) или полимерных материалов. Но они непригодны, если нужен инфракрасный источник света. Надежду в этой области возлагают на соединения некоторых редкоземельных металлов. Координационные соединения состоят из специально подобранных органических молекул (лигандов), химически связанных с центральным ионом металла. Трудность создания эффективных люминесцентных материалов заключается в подборе структуры органического окружения так, чтобы оно хорошо поглощало возбуждающее излучение, а затем с минимальными потерями передавало энергию на центральный ион, который служит ИК-излучающим центром.
«Используя предыдущий значительный опыт по созданию ярких люминофоров видимого диапазона, нам удалось подобрать органическое окружение для иона неодима таким образом, чтобы передача энергии в комплексе осуществлялась эффективно. Специально синтезированные лиганды на основе азотсодержащих гетероциклических фрагментов позволили достичь эффективности преобразования ультрафиолетового света в инфракрасное излучение около 2 %, что в настоящее время является рекордно высоким значением», — рассказывает доктор химических наук, ведущий научный сотрудник ФИАН Илья Тайдаков.
Исследователи получили серию соединений, различающихся по структуре органического окружения, и всесторонне исследовали их строение, физические и химические свойства. Неожиданным оказалось то, что материалы обладают аномально высокой интенсивностью свечения в области 800–900 нм, что нехарактерно для соединений такого типа. Кроме того, полученные вещества были протестированы в составе OLED-структур. Для неоптимизированных диодов максимальная эффективность составила 0,4 мкВт/Вт (на длине волны 900 нм), что является хорошим результатом. Помимо применения в OLED, новые материалы могут быть использованы для создания микролазеров, защитных элементов для ценных бумаг и в качестве люминесцентных меток для биологических применений.
