Как сообщает сайт НИ ТГУ, физики Томского госуниверситета Рашид Валиев и Глеб Барышников впервые разработали модель, по которой можно вычислить эффективность переноса энергии и заряда в наноматериалах из первых принципов. Она позволяет рассчитать, как будет осуществляться этот перенос, до синтеза материалов — это позволит сэкономить на экспериментах и быстрее разработать эффективное наноустройство. Статья опубликована в высокорейтинговом журнале Chemical Engineering Journal (Q1) уровня Nature Communication.
Модель также применили к одним из самых сложных объектов в квантовой химии — к большим молекулам, содержащим лантаниды. Исследователи рассчитали модель без каких-либо экспериментальных измерений и синтеза.
— Даже сегодня моделирование электронных свойств одиночных ионов лантанидов — это настоящий челлендж для теоретической квантовой химии. Мало кто умеет это делать. Мы же вычислили эффективность или скорость переноса энергии между электронными состояниями различной мультиплетности молекулярных комплексов с лантанидами, что является уникальным моделированием, — объясняет старший научный сотрудник лаборатории квантовой механики молекул и радиационных процессов ТГУ Рашид Валиев.
Далее, поясняет Валиев, появился вопрос об апробировании этой модели. И этим занялись исследователи из Харбинского политехнического университета. Китайские коллеги провели ряд экспериментов с использованием этой модели и даже смогли разработать нанопреобразователи — специальные устройства, которые увеличивают эффективность переноса энергии между донором и акцептором в задачах биофотоники.
Так учёным удалось сэкономить на экспериментальной части: вместо того чтобы закупать вещества и создавать материалы, тратя деньги, сотрудники китайского вуза на базе модели, созданной учеными ТГУ, заранее смогли увидеть, как именно наноматериалы будут работать эффективнее.
— Они провели измерения для нашей модели. То, что мы предсказали, очень хорошо сходится с экспериментом. Наша модель работает. В дальнейшем ее можно применять в области разработки дизайна органических светодиодов — OLED, — добавляет Валиев.
Модель учёные будут применять не только в области биофотоники. Более того, говорит Рашид Валиев, с помощью этого расчета можно предсказывать характеристики любых нанодевайсов, где происходит процесс переноса энергии и заряда. Это могут быть органические солнечные батареи или, например, апконверсные наночастицы, они используются при биовизуализации тканей. Эта модель также будет полезна в задачах химии, где в реакциях требуется определить время переноса заряда в интермедиантах.
Работа проводилась в рамках гранта РНФ (17-73-20012).
Источник фото: ru.123rf.com
