Он светится ярким красно-оранжевым светом и остается стабильным даже при высоких температурах. Это открывает огромные возможности для использования в светодиодах, биомаркерах и устройствах, которые передают информацию с помощью света или преобразуют энергию. Исследование поддержал Российский научный фонд, а результаты опубликовали в журнале Journal of Alloys and Compounds.

Материалы, которые состоят из пяти или более элементов в равных пропорциях, называют высокоэнтропийными. Они уже используются в аккумуляторах, катализаторах и тепловых барьерах. Но их потенциал в световых технологиях только начинают изучать. Например, оксиды редкоземельных металлов могут светиться в зеленом и красном диапазонах, что делает их идеальными для светодиодов. Их структура очень устойчива, потому что разные атомы мешают образованию дефектов, которые обычно снижают эффективность материала. Однако ученые до сих пор не до конца понимают, как структура и условия синтеза влияют на оптические свойства таких материалов. Это ограничивает их применение.

Группа ученых из Уральского федерального университета и двух институтов УрО РАН в Екатеринбурге синтезировала новый высокоэнтропийный оксид. Они использовали метод совместного осаждения: сначала получили гидроксиды металлов из растворов, а затем нагрели их при температурах от 200°C до 680°C. Оказалось, что при 680°C материал переходит из аморфного состояния (где атомы расположены хаотично) в кристаллическое (где атомы упорядочены). Это улучшило его оптические свойства: материал стал более прозрачным, а его свечение — в четыре раза ярче.

Юлия Кузнецова, кандидат физико-математических наук и участница проекта, объясняет:

Современные светодиоды теряют яркость при нагревании и выцветают со временем. Наш материал устойчив к этим проблемам благодаря своей уникальной структуре. Кроме того, мы можем точно регулировать цвет свечения. Например, при повышении температуры цвет меняется от оранжевого до насыщенно-красного.

Евгений Бунтов, руководитель проекта, добавляет:

Этот материал можно использовать в новых светодиодах, которые будут ярче и долговечнее. Также он подойдет для ультрафиолетовых излучателей в медицине и промышленности, а еще для биомедицинских устройств, таких как датчики и диагностическое оборудование. В будущем мы хотим адаптировать его для работы в инфракрасном и видимом диапазонах, чтобы расширить область применения.

Основные преимущества материала:

• Яркое красно-оранжевое свечение.
• Стабильность при высоких температурах.
• Устойчивость к выцветанию.
• Возможность точной настройки цвета свечения.

Ранее ученые в 3 раза увеличили эффективность свечения многокомпонентной наноструктуры.

Фото: Участники научного коллектива на фоне экспериментальной установки. Источник: Евгений Бунтов.