Секрет красного свечения: как ученые «включили» европий в дисплеях

Химики из НИУ ВШЭ и РАН в составе международной группы раскрыли причину «плохого поведения» европия — редкоземельного металла, отвечающего за чистый красный цвет в экранах смартфонов. Исследование, опубликованное в Dalton Transactions, объясняет, почему металл терял яркость в органических соединениях и как это исправить.

Европий незаменим в производстве современной электроники: именно он обеспечивает насыщенную цветопередачу красного спектра. Однако ученые долгое время сталкивались с проблемой: при попытке создать более дешевые и технологичные органические соединения на основе европия металл переставал светиться. Специальные молекулы-антенны (лиганды), которые должны передавать энергию иону металла, в случае с европием работали неэффективно.

Механизм «черной дыры»

Исследователи из НИУ ВШЭ, ФИАН и ИОНХ РАН потратили 10 лет на выращивание кристаллов и изучение их структуры. Проводя эксперименты при температуре минус 196 градусов Цельсия, авторы обнаружили в комплексах европия особое состояние с переносом заряда.

По словам старшего научного сотрудника ФИАН Юрия Белоусова, этот процесс действует как «черная дыра»: он перехватывает энергию, которую лиганд передает металлу, и бесследно рассеивает ее в виде тепла. В итоге свет просто не успевает возникнуть. У других лантаноидов, таких как тербий или самарий, этот паразитный канал отсутствует, поэтому они светятся стабильно.

Химики доказали, что процессом можно управлять, меняя состав комплекса. Ученые выделили несколько способов «включить» свет:

• замена противоиона для баланса заряда в системе;
• модификация структуры молекулы (например, замена фенильной группы на циклогексил);
• блокировка нежелательных состояний с переносом заряда.

Открытие меняет статус комплексов европия с ацилпиразолонами, которые раньше считались бесполезными. Теперь эти наработки станут базой для создания не только ярких дисплеев, но и высокоточных люминесцентных термометров и химических сенсоров. Работа получила поддержку Российского научного фонда.