
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

Кто виноват: американские астронавты рассказали правду о 9-месячном «плене» на орбите
Похоже, что американская космическая мечта в глубоком тупике…...

Скрытые миллиарды: население Земли оказалось гораздо больше, чем считалось
Новые исследования бросают вызов официальным демографическим данным....

Тайна болезней на космической станции наконец-то раскрыта!
Ученые говорят: во всем виновата… идеальная уборка на МКС....

На дне Большой голубой дыры обнаружено нечто поистине пугающее
Слои из прошлого пророчат эпоху суперштормов....

Американские спецслужбы скрывают правду о самой древней из библейских реликвий?
Экстрасенс ЦРУ предупредил: Ковчег Завета убьет каждого, кто к нему прикоснется....

Ученые рассказали и показали, как выглядит Антарктида без льда
Высокие горы, глубочайшие каньоны, 58 метров до Апокалипсиса и множество других тайн....

iPhone, давай до свидания! Илон Маск презентовал инновационный смартфон PhoneX
Это устройство слишком прекрасно для нашей реальности....

Две 7000-летние мумии, найденные в Сахаре, принадлежали… к неизвестной расе
Ученые признаются: эта находка значительно меняет историю древней Африки....

Самые массовые и дикие розыгрыши на 1 апреля в мировой истории
Это вам не просто «вся спина белая»....

Кислород устарел! Ученые нашли новый ключ к внеземной жизни
Гицеанические миры могут стать новой надеждой астрофизиков....

Тайна разлома Сагаинг: почему землетрясение в Мьянме повторило ошибки Гаити и Кашмира?
Сейсмологи предупреждают, что худшее еще может быть впереди....

Отключение этой функции в смартфоне может омолодить мозг… на 10 лет!
Канадские ученые успешно провели удивительный эксперимент....

На 100 000 лет раньше людей: ученые рассказали, кто устроил первые похороны на планете
Загадочные карлики Homo naledi, чей мозг был размером с апельсин, оказались не глупее нас с вами....

Геологи обнаружили, что Америка… «стекает» в гигантскую воронку в мантии Земли
Открытие шокирует, но не все так плохо, как кажется на первый взгляд....

Климатологи поражены: древние потопы были гораздо мощнее современных
А изменения климата вообще ни при чем. Но тогда в чем причины?...

Зад-ловушка: причудливое существо из янтаря было за гранью воображения
Задняя часть тела работала… как растение....