
Революция гадолиния-висмута: новый материал готовится навсегда изменить мир электроники
Ученые из России и Китая создали уникальный материал для преобразования энергии, не имеющий аналогов в природе.
Он базируется на тонких пленках оксида редкоземельного металла гадолиния, обработанных под действием гадолиниевой плазмы, и дополненных ионами висмута. Такой материал может использоваться в различных сферах, включая электронику, светотехнику, медицину, оптику, экологию, энергетику и другие отрасли промышленности.
Оксиды редкоземельных металлов, к которым относится гадолиний, уже давно применяются в различных технологиях. Они могут преобразовывать энергию электромагнитного излучения и использоваться для создания датчиков. Однако у таких материалов есть существенный недостаток — из-за узких спектральных линий поглощения и излучения, преобразование энергии происходит в ограниченном спектральном диапазоне, что негативно сказывается на эффективности процесса конверсии света.
Чтобы решить эту проблему, ученые Физико-технологического института УрФУ бомбардировали пленки оксида гадолиния ионами висмута. Висмут не является редкоземельным металлом и имеет узкие спектральные линии поглощения и излучения. Однако он отличается поливалентностью, то есть большим разнообразием возможных валентных состояний, что позволяет создавать материалы, способные проявлять люминесценцию в широком диапазоне от инфракрасного до ультрафиолетового излучения.
Кроме того, ион висмута эффективно поглощает световую энергию и передает ее другому иону, который поглощает хуже, но хорошо излучает. Таким образом, «помощь» иона висмута усиливает люминесценцию второго иона. И когда созданный материал поглощает энергию фотонов, она передается в оптические центры, которые демонстрируют излучение соответственно в красном, зеленом и синем спектральных диапазонах.
В результате добавления ионов висмута к пленкам оксида гадолиния ученые смогли создать материал, который может преобразовывать энергию в широком диапазоне излучения от инфракрасного до ультрафиолетового и обладает богатством и разнообразием дефектов, в результате чего возникают оптические эмиссионные центры.
— Юлия Кузнецова, старший научный сотрудник Научно-исследовательской лаборатории «Физика функциональных материалов углеродной микро- и оптоэлектроники» УрФУ.
Создание такого материала является важным прорывом в области эффективного преобразования энергии. Новый материал может использоваться для создания биосенсоров, фотодетекторов, светодиодов, дисплеев, быстродействующих функциональных структур и приборов нового поколения, а также информационных и навигационных элементов.
Работа ученых представляет собой пример перспективных материалов, которые могут преобразовывать энергию на основе фотонов и могут быть использованы для создания новых технологий. Когда материал окажется готовым к использованию, он может изменить общую картину в области энергетики и технологических процессов.
Он базируется на тонких пленках оксида редкоземельного металла гадолиния, обработанных под действием гадолиниевой плазмы, и дополненных ионами висмута. Такой материал может использоваться в различных сферах, включая электронику, светотехнику, медицину, оптику, экологию, энергетику и другие отрасли промышленности.
Оксиды редкоземельных металлов, к которым относится гадолиний, уже давно применяются в различных технологиях. Они могут преобразовывать энергию электромагнитного излучения и использоваться для создания датчиков. Однако у таких материалов есть существенный недостаток — из-за узких спектральных линий поглощения и излучения, преобразование энергии происходит в ограниченном спектральном диапазоне, что негативно сказывается на эффективности процесса конверсии света.
Чтобы решить эту проблему, ученые Физико-технологического института УрФУ бомбардировали пленки оксида гадолиния ионами висмута. Висмут не является редкоземельным металлом и имеет узкие спектральные линии поглощения и излучения. Однако он отличается поливалентностью, то есть большим разнообразием возможных валентных состояний, что позволяет создавать материалы, способные проявлять люминесценцию в широком диапазоне от инфракрасного до ультрафиолетового излучения.
Кроме того, ион висмута эффективно поглощает световую энергию и передает ее другому иону, который поглощает хуже, но хорошо излучает. Таким образом, «помощь» иона висмута усиливает люминесценцию второго иона. И когда созданный материал поглощает энергию фотонов, она передается в оптические центры, которые демонстрируют излучение соответственно в красном, зеленом и синем спектральных диапазонах.
В результате добавления ионов висмута к пленкам оксида гадолиния ученые смогли создать материал, который может преобразовывать энергию в широком диапазоне излучения от инфракрасного до ультрафиолетового и обладает богатством и разнообразием дефектов, в результате чего возникают оптические эмиссионные центры.
Благодаря одновременной «бомбардировке» исходного оксида гадолиния ионами висмута мы в одном материале получили целый набор вариантов преобразования световой энергии. Технология получения материала отличается быстродействием и минимальными потерями энергии. При этом, если мы понимаем физический механизм возбуждения люминесценции и преобразования энергии, значит, можем им управлять. Иначе говоря, целенаправленно варьировать свойства легированных пленок, добиваясь наилучших результатов, в зависимости от области применения пленок и содержания задач и, следовательно, максимальной экономичности их использования. Так, просматривается перспектива создания миниатюрного сенсора, с помощью которого будет возможным быстро и точно определять различные виды излучения по цвету индикаторного свечения
— Юлия Кузнецова, старший научный сотрудник Научно-исследовательской лаборатории «Физика функциональных материалов углеродной микро- и оптоэлектроники» УрФУ.
Создание такого материала является важным прорывом в области эффективного преобразования энергии. Новый материал может использоваться для создания биосенсоров, фотодетекторов, светодиодов, дисплеев, быстродействующих функциональных структур и приборов нового поколения, а также информационных и навигационных элементов.
Работа ученых представляет собой пример перспективных материалов, которые могут преобразовывать энергию на основе фотонов и могут быть использованы для создания новых технологий. Когда материал окажется готовым к использованию, он может изменить общую картину в области энергетики и технологических процессов.
Наши новостные каналы
Подписывайтесь и будьте в курсе свежих новостей и важнейших событиях дня.
Рекомендуем для вас

Выяснилось, что суша вокруг Аральского моря... стремительно поднимается
И ученые сумели разгадать эту удивительную загадку природы....

В каменных гробницах древней Ирландии похоронены вовсе не те, о ком думали ученые
Генетический анализ переписывает историю неолита....

Тайна последнего Папы: сбудется ли пророчество XII века?
Три Петра, один престол: что об этом говорят историки и сам Ватикан?...

Что 220 дней в космосе сделали с 70-летним мужчиной?
Старейший астронавт NASA возвратился на Землю....

Застукали: антарктического гигантского кальмара впервые запечатлели в естественной среде
Прошёл век после открытия вида....

Невероятная история единственного человека, которому удалось проникнуть в Зону 51
Джерри Фримен не только выбрался оттуда, но и рассказал, что увидел....

«Двух монстров» засняли на камеру в знаменитом шотландском озере
Ученые не верят, но кого тогда видел очевидец?...

Американские военные приступили к строительству орбитального авианосца
Пентагон говорит, что это исключительно ради мира. Но эксперты прогнозируют военную эскалацию в космосе....

Оказывается, римляне периодически врали о своих победах в исторических хрониках
Недавно археологи обнаружили в Судане очередное яркое тому подтверждение....

Бетон в туннелях для автотранспорта гниёт удивительно быстро
Казалось бы прочный материал гложут микробы....

Китай испытал новейшую водородную, но не ядерную бомбу
Кто-то говорит, что это инновация, а кто-то, что такое уже было в СССР....

Ученые заставили человеческий глаз видеть совершенно новый цвет
Он называется оло, и его практически не описать словами....

Шимпанзе устраивают пьяные вечеринки
Похоже, у человека и близких видов это в крови....

Вороны еще раз подтвердили свою гениальность
Исследование показало, что эти птицы отлично распознают… геометрические фигуры....

Ученые доказали: вода на Земле не из космоса, а своя собственная
Она зародилась «автоматически». И это в корне меняет теорию жизни во Вселенной....

Нюхали чужие футболки: женщины полагаются на запах при выборе друзей
Наука требует странных опытов....