Российские химики из НИУ ВШЭ и Института нефтехимического синтеза РАН разработали новый метод управления цветом и яркостью свечения редкоземельных металлов, таких как церий, лантан и тербий. Их открытие заключается в использовании специального химического окружения — органических молекул-лигандов, которые изменяют поведение электронов в атомах металлов. Этот подход позволяет создавать люминесцентные материалы с точно заданными оптическими характеристиками, что найдет применение в производстве современных источников света, дисплеев и лазеров.

Ключ к открытию — в управлении энергией электронов редкоземельных металлов. Ученые обнаружили, что, окружая ионы металлов определенными лигандами, можно создавать электростатическое поле, которое изменяет энергетические уровни орбиталей. В отличие от традиционного процесса, где лиганд поглощает ультрафиолетовый свет и передает энергию напрямую электронам металла, новый метод задействует промежуточное 5d-состояние. Это позволило, например, заставить церий светиться желтым вместо ультрафиолетового, а также добиться необычных оттенков свечения для других металлов, таких как тербий. Исследователи создали серию соединений, чтобы изучить закономерности и подтвердить универсальность подхода.

Ранее изменение цвета свечения редкоземельных металлов наблюдалось, но механизмы оставались неясными. Теперь ученые не только разобрались в процессе, но и предложили способ его контролировать. По словам авторов, их метод сделает производство светодиодов, экранов и лазеров более эффективным, позволяя создавать устройства с ярким, точно настроенным свечением для широкого спектра применений, от электроники до медицины.