Химики выяснили, почему европий плохо себя ведет

Международная команда исследователей при участии химиков из НИУ ВШЭ, ФИАН, МГУ, ИОНХ РАН, МГТУ имени Баумана, ИТФ имени Л.Д. Ландау изучили причины такого поведения европия. Для этого были синтезированы три серии соединений самария, европия и гадолиния с ацилпиразолонами.

Выращивание кристаллов заняло десять лет. Расшифровав их структуру, ученые приступили к изучению люминесценции полученных соединений. Они облучали образцы ультрафиолетом и измеряли, насколько ярко те светятся, с какой длиной волны и как быстро затухает свечение. Ключевой эксперимент провели при сверхнизкой температуре (минус 196 градусов Цельсия): охлаждение образцов «выключает» многие шумовые процессы и позволяет увидеть скрытые механизмы переноса энергии.

В итоге авторам удалось показать, что, меняя состав комплекса (например, заменяя противоион — ион с противоположным зарядом, который находится рядом с основным комплексом для баланса заряда), можно частично подавить тушение и «включить» свет европия там, где раньше света не было.

В норме лиганд ловит энергию света и передает ее иону металла, тот ее забирает и выпускает обратно в виде свечения. Это и есть люминесценция. Но в комплексах европия, в отличие от комплексов самария, обнаружилось дополнительное состояние с переносом заряда. Это процесс, при котором электронная плотность («облако» отрицательного заряда, которое создают электроны вокруг атомов) переходит от лиганда к иону металла, создавая альтернативный канал потери энергии без испускания света. Канал перехватывает энергию, которая должна была пойти на свечение, и бесследно рассеивает ее в виде тепла. В итоге европий не получает нужную порцию энергии и не высвечивает.