Новости

5 марта, 2018 11:44

Алгоритм физиков способен предсказать оптические свойства молекул

Ученые кафедры оптики и спектроскопии физического факультета ТГУ с коллегами из Швеции и Финляндии создали алгоритм для расчета фотофизических и люминесцентных характеристик молекул. Благодаря этому алгоритму можно вычислять оптические, люминесцентные (светимость, квантовый выход флуоресценции) свойства молекул и веществ с использованием высокоточных методов квантовой химии. Результаты опубликованы в журнале королевского химического общества Physical Chemistry Chemical Physics.
Фото: nytimes.com

– С помощью этого алгоритма мы можем предсказывать свойства молекул и веществ на компьютере, и это намного дешевле, чем закупать оборудование для их синтеза и измерения их свойств, – рассказывает один из авторов исследования, доцент ФФ ТГУ Рашид Валиев. – Это дает доступный инструмент для анализа и предсказания. А уже на основе нашего предсказания можно синтезировать более конкретные запросы и с желаемыми свойствами в различных областях. Сейчас в рамках другого проекта мы, например, планируем исследования по научному предсказанию свойств лекарств народной медицины.

В коллектив ученых, создавших алгоритм, также вошли Виктор Черепанов (ТГУ), Глеб Барышников (ТГУ и Королевский Технологический Университет, Швеция) и Даге Сундхольм (Университет Хельсинки, Финляндия). Для расчетов они использовали фотофизическую теорию и модель Биксона-Джортнера, в качестве инструмента вычисления необходимых величин – современные неэмпирические методы квантовой химии без подгоночных экспериментальных коэффициентов. Таким образом получилось предсказывать свойства органических и металлорганических молекул, не синтезируя их предварительно.

Алгоритм позволит разрабатывать дизайн молекул и веществ, на основе которых в дальнейшем могут быть созданы оптические устройства подобно органическим светодиодам, лазерам. Все исследования ученые вели в рамках проекта РНФ «Новые электролюминесцентные материалы для создания высокоэффективных органических светодиодов (OLEDs)». Руководитель проекта – Рашид Валиев.

Органические светоизлучающие диоды (Organic Light-Emitting Diode – OLEDs) являются более дешевой  и экологически безопасной альтернативой традиционным неорганическим источникам света. Сравнительно проще и процесс изготовления OLEDs. Органические светодиоды имеют преимущество перед обычными лампами накаливания, так как работают при низкой мощности питания и при этом обладают высокой эффективностью. Они излучают свет и практически не нагреваются, более того, позволяют освещать намного большую поверхность по сравнению с лампами накаливания благодаря контролируемой направленности излучения. 

В качестве апробации алгоритма ученые вычислили оптические характеристики известных и важных молекул, которые используются в технологии OLEDs (Alq3, Ir(ppy)3, гетеро[8]циркулены), в фотодинамической терапии (псорален), в лазерной технологии (PM567), в различных приложениях нанотехнологий (полиацены и порфирины).

В настоящее время с помощью этого алгоритма коллектив исследует люминесцентные свойства производных карбазола, гетеро[8]циркуленов, чтобы получить рецепт создания высокоэффективных OLEDs-устройств на базе этих соединений.

Добавим, что по итогам 2017 года Рашид Валиевбыл признан «Молодым ученым года» ТГУ – за активную научно-исследовательскую работу и публикации в журналах с высоким импакт-фактором. Среди его работ – исследования о химических процессах в экзосферах Луны и Меркурия, открытие нового вида редких молекул, свойствами которых можно управлять путем изменения индукции внешнего магнитного поля, расчеты параметров новых апконверсных наночастиц.

– Мы все состоим из молекул, и в основе всего заложена физика, даже в химии и биологии. В основном моя работа происходит на стыке трех наук – физики, химии и биологии. Еще рядом астрономия, а конкретно, астрохимия. Открытия и достижения сейчас делаются на стыке наук, а не в узкой специализированной области; любая наука развивается в коллаборации, – объясняет Рашид широкий спектр своих научных работ.

29 февраля, 2024
Лишайники будут выделять больше парниковых газов при изменении климата
Красноярские ученые впервые обнаружили, что лишайники, растущие на живых деревьях, при повышении в...
29 февраля, 2024
Как смочить полимер: перспективы пучково-плазменных технологий
Исследователи из МФТИ, ОИВТ РАН и ИБХФ им. Н. М. Эмануэля РАН при учас...