Светимость молекул зависит от окружения

Нидерландско-французская группа исследователей, работавшая под руководством доктора Дананга Бировосуто из Фонда фундаментальных исследований материи и доктора Алларда Моска из Университета Твенте, получила первые экспериментальные свидетельства того, что флуоресцентные молекулы ведут себя иначе в матовых светорассеивающих средах, чем в прозрачных.

Хотя данное явление было предсказано теоретиками еще двадцать лет назад, до сих пор оно ни разу не наблюдалось. Понимание сути данного процесса очень важно в разработке наноматериалов для нужд энергосберегающих ламп, мощных микроскопов, высокоэффективных солнечных батарей и тому подобного. Посвященная работе статья была опубликована в журнале Physical Review Letters.

В наномасштабе флуоресцентные молекулы ведут себя как крошечные, но исключительно эффективные источники света. Именно поэтому они часто используются в тех же энергосберегающих лампах, компьютерных мониторах, медицинской аппаратуре для томографии и так далее. В прозрачной среде светимость одинаковых молекул всегда одинакова, они испускают одно и то же количество фотонов в секунду.

Однако во многих случаях эти молекулы размещаются отнюдь не в прозрачном веществе. Примером тому может быть белый светорассеивающий слой в энергосберегающих и светодиодных лампах. На пути света оказывается целый светорассеивающий лабиринт, при прохождении которого фотоны многократно меняют направление.

В начале девяностых годов было предсказано, что молекулы подобных материалов должны испускать переменное количество света. В зависимости от распределения светорассеивающих частиц в окружении флуоресцентных источников света, некоторые молекулы должны излучать больше фотонов в секунду, чем другие.

Светорассеивающая частица, размещенная на расстоянии нескольких нанометров от флуоресцентной молекулы, может, в зависимости от собственного размера и расположения, упростить или усложнить процесс спонтанного излучения.

Ученым из Института нанотехнологий MESA+ при Университете Твенте и из Университета Жозефа Фурье, Франция, впервые в мире удалось показать в эксперименте, что излучение от таких источников света действительно меняется в зависимости от окружения. В эксперименте использовались наноскопические шарики всего 25 нанометров диаметром, наполненные флуоресцентными молекулами. С помощью чувствительных датчиков за поведением шариков можно было следить даже тогда, когда их окружало огромное множество светорассеивающих частиц — полистирена и оксида цинка.

Эксперимент подтвердил, что, хотя в прозрачном материале все шарики излучали одно и то же количество света, в светорассеивающей среде светимость шариков стала разной, и чем интенсивнее было светорассеяние, тем больше была эта разница. Благодаря полученным данным ученые смогли разработать новую модель, объясняющую изменения светимости.

По мнению авторов работы, она позволяет не только углубить знания о излучении света в светорассеивающих материалах и привести к улучшению существующих источников света, но и породить новые, неизвестные ранее технологии получения изображений для изучения биохимических процессов в живых клетках. Об этом сообщает Информнаука со ссылкой на Physical Review Letters.