
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

Планшет, пролежавший в Темзе пять лет, помог раскрыть серию запутанных преступлений
Эксперты говорят: даже вода не смогла стереть цифровые следы....

Учёные говорят, что обнаружили огромный тайный город под египетскими пирамидами
Проверять пока не разрешили....

«Инопланетяне» на Земле? Древние 8-метровые «грибы» оказались совершенно неизвестной формой жизни
Вот уже 180 лет подряд живые «башни» ставят в тупик всю науку....

«Шерстистый дьявол» обнаружен в пустыне, на границе Мексики и США
Ученые говорят: такой уникальной находки не было последние полвека....

Похоже, что проблема космического мусора в скором времени будет решена раз и навсегда
Новая технология не только очистит космос, но и поможет спутникам работать втрое дольше....

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

Почему мы не помним себя младенцами? Новое исследование дало ответы
Возможно, помним, но «ларчик» заперт....

Археологи ликуют: в Испании нашли рисунки, которые старше человечества!
200 000-летняя находка заставит пересмотреть учебники....

Астрофизики рассказали, почему Вселенная замедляется вопреки предсказаниям Эйнштейна
Если открытие DESI и ослабление темной энергии подтвердится, учебники придется переписать....

Ученые поражены: мыши, как спасатели, оживляют своих сородичей, попавших в беду
Открытие, от которого дрогнет даже самое черствое сердце....

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

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....

Секретная мутация гена: оказалось, ее имеют все обитатели Марианской впадины
Поразительное открытие китайских ученых может изменить всю теорию эволюции....

10 лет за 48 часов: ИИ полностью переиграл ученых в поисках секрета супербактерий
Однако эксперты предупреждают: нейросети не только ускоряют науку, они запросто могут столкнуть нас в пропасть....

Ученый рассказал, как использовались загадочные артефакты из гробницы Тутанхамона
Это было как в фильме «Мумия»: «Фараон должен воскреснуть!»...

Гигантский айсберг скрывал древнюю живую экосистему
Губки и кораллы благоденствуют на обнажившемся морском дне в месте, ранее недоступном взгляду....