Ученые из НИУ ВШЭ и Института неорганической химии РАН обнаружили способ контролировать цвет и яркость свечения редкоземельных элементов. Обычно эти металлы излучают свет строго определенного цвета — например, церий дает ультрафиолетовое свечение, а тербий — зеленое. Однако исследователям удалось изменить эти свойства, подобрав особое химическое окружение для атомов.  

Ключом к открытию стало использование органических лигандов — молекул, которые окружают ион металла и влияют на его электронную структуру. Ученые создали комплексы, где ионы церия, празеодима и тербия были симметрично окружены циклопентадиенильными анионами с крупными органическими фрагментами. Такая структура изменила электростатическое поле вокруг атомов, что привело к необычному эффекту.  

В обычных условиях церий излучает в ультрафиолетовом диапазоне (300-400 нм). В новых комплексах его свечение сместилось в красную область спектра (до 655 нм). Аналогичные изменения наблюдались и у других изученных лантанидов.  

Механизм явления оказался неожиданным. Обычно энергия возбуждения передается непосредственно на 4f-орбитали, ответственные за люминесценцию. В новых соединениях она сначала переходит на 5d-орбитали, что и вызывает изменение цвета свечения.  

Открытие позволит целенаправленно создавать материалы с заданными оптическими свойствами для применения в светодиодах, лазерах и дисплеях.