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.
– 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 Валиев
был 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.