Высокоэнтропийные соединения – состоящие из пяти и более элементов, имеющих равную долю – могут использоваться для создания излучающих элементов, аккумуляторов, катализаторов и тепловых барьерных покрытий. Например, материалы, включающие оксиды редкоземельных металлов (иттрия, европия, гадолиния, лантана и эрбия) способны светиться в зеленом и красном диапазонах и, как следствие, могут служить основой для светодиодных осветителей и преобразователей света. Их структура обеспечивает высокую стабильность, так как комбинация различных атомов затрудняет образование дефектов, которые могут снизить эффективность материала.
Однако до последнего времени оставалось не до конца понятным, как именно оптические свойства зависят от структуры соединения, а также условий его синтеза и наличия примесей. Чтобы получить ответ на этот вопрос, ученые из Екатеринбурга синтезировали высокоэнтропийный оксид, содержащий атомы иттрия, гадолиния, лантана и эрбия, использовав метод совместного осаждения. Последний представляет собой химический процесс, при котором из растворов осаждают гидроксиды нужных металлов. Для получения оксида этот осадок нагревали в течение двух часов при температуре от 200 до 800 градусов Цельсия.
Эксперимент показал, что оптимальная температура синтеза составляет 680 градусов Цельсия. В этих условиях нанопорошки переходили из аморфного состояния (с хаотично расположенными атомами) в кристаллическое (с постоянной структурой и упорядоченной атомной решеткой). Эта структура обеспечила равномерное распределение ионов и, тем самым, обеспечила улучшение оптических свойств. Вместе с этим переходом увеличилась ширина запрещенной зоны, что повысило прозрачность материала. Наконец, в результате повышения температуры интенсивность свечения выросла более чем в 4 раза.
По мнению ученых, синтезированные материалы позволят создавать новые типы оптоэлектронных устройств, способных работать в экстремальных условиях. Сюда, в частности, относятся светодиоды, которые в таком случае будут сохранять яркость при нагревании и не будут «выцветать» при длительном использовании.
«Разработанный материал может использоваться в светодиодах нового поколения с улучшенной яркостью и долговечностью, ультрафиолетовых излучателях для медицинских и промышленных приложений и биомедицинских устройствах, таких как датчики и диагностическое оборудование. В будущем мы планируем адаптировать свойства материала для создания приборов, работающих в инфракрасном и видимом диапазонах, чтобы расширить его потенциальное применение», – цитирует Российский научный фонд кандидата физико-математических наук Евгения Бунтова.
