Ученые из Национального университета Сингапура создали дизайн молекул, повышающий свечение органометаллических сцинтилляторов более чем в тысячу раз.
Распознать и зафиксировать действие ионизирующего излучения, например рентгеновского, — важная задача в медицине, экологическом контроле и астрономии. В этом помогают люминесцентные материалы, преобразующие излучение в свечение в видимом спектре длин волн.
Вещества, преобразующие высокоэнергетические лучи в свет, называются сцинтилляторами.
Современные сцинтилляторы создают преимущественно из керамики и перовскитов. Материалы эти сложны и дороги в производстве. производитьТоксичность, хрупкость и нестабильность работы – вот недостатки сцинтилляторов. Ученые ведут поиски новых, более послушных детекторов.
Фосфорорганические соединения могут стать альтернативой обычным сцинтилляторам благодаря своей доступности в производстве и эластичности. Недостатком их является низкая эффективность обнаружения рентгеновского излучения из-за слабой его поглощающей способности.
Генерация триплетных экситонов — ещё одно преимущество подобных соединений. Это квазичастицы, состоящие из связанного электрона и дырки. В триплете спины электрона и дырки параллельны, суммарный спин квазичастицы равен единице. Такие частицы возникают в материале при поглощении излучения им.
Команда под руководством профессора Лю Сяогана (Liu XiaogangРешив эти проблемы, ввела в сцинтилляторы редкоземельные вещества-лантаниды для улучшения поглощения рентгеновского излучения. В сцинтиллятор также были внесены органические лиганды — дополнительные вещества, выстраивающиеся в основную структуру материала. Лиганды помогли. собратьТриплетные экситоны преобразуют свою энергию в видимое излучение.
Исследователи разработали дизайн молекул, благодаря которому характеристики молекулярных сцинтилляторов улучшились. Благодаря захвату энергии на органических лигандах люминесценция материала возросла в 1300 раз. Результаты исследования… опубликованы в журнале Nature Photonics.
Разработанные учеными органолантанидные соединения демонстрируют высокую устойчивость к высокоэнергетическому излучению и превосходят известные органические сцинтилляторы и неорганические кристаллы по эффективности преобразования рентгеновского излучения. Физики смогли добитьсяМатериал излучает свет в диапазоне от ультрафиолета до ближнего инфракрасного, при этом метод предоставляет возможность точно контролировать продолжительность существования излучения.