Artykuł dr. hab. Sebastiana Mahlika, prof. UG i dr inż. Natalii Majewskiej z Zakładu Spektroskopii Fazy Skondensowanej UG ukazał się w jednym z najważniejszych czasopism poświęconych chemii - Journal of the American Chemical Society. Naukowcy opisują odkrycie dotyczące mechanizmów wygaszania luminescencji w dielektrykach domieszkowanych jonami metali przejściowych. Badane przez nich materiały mogą znaleźć zastosowanie w smartfonach czy innych urządzeniach przenośnych.
JACS to czasopismo wydawane od prawie 150 lat przez Amerykańskie Towarzystwo Chemiczne. W 2023 r. periodyk zarejestrował ponad 300 mln pobrań opublikowanych artykułów, a jego impact factor to 14.8. O badaniach, które doprowadziły do publikacji w prestiżowym czasopiśmie, rozmawiamy z prof. Sebastianem Mahlikiem.
- Jakie odkrycie opisują Państwo w artykule?
Prof. Sebastian Mahlik: - W artykule „Photoelectric Studies as the Key to Understanding the Non-Radiative Processes in Chromium Activated NIR Materials” opisujemy odkrycie dotyczące mechanizmów wygaszania luminescencji w dielektrykach domieszkowanych jonami metali przejściowych. Nasze innowacyjne podejście, wykorzystujące badania fotoelektryczne, pozwoliło na zrozumienie zjawisk wygaszania luminescencji oraz ich zależności od temperatury. Przełamaliśmy dotychczas panujące przekonanie, że termicznie aktywowane wygaszanie luminescencji zachodzi bezpośrednio pomiędzy stanami samej domieszki. Nasze badania wykazały, że proces ten jest związany z dotąd pomijanym zjawiskiem jonizacji domieszki, które, co zaskakujące, nie polega na termicznej aktywacji elektronów z domieszek do pasma przewodnictwa, lecz na tworzeniu dziur w paśmie walencyjnym. Odkrycie to ma fundamentalne znaczenie w zrozumieniu własności optycznych luminoforów i jest kluczowe w projektowaniu nowych materiałów, zwłaszcza w kontekście ich potencjalnych zastosowań.
- W publikacji wspominają Państwo o potencjalnym praktycznym wykorzystaniu badanych przez państwa materiałów. Gdzie mogłyby znaleźć zastosowanie?
- Badane przez nas materiały mogą znaleźć zastosowanie jako emitery promieniowania bliskiej podczerwieni (NIR) oraz detektory promieniowania UV. W porównaniu z tradycyjnymi źródłami promieniowania podczerwonego, takimi jak żarówki czy lampy halogenowe, proponowane przez nas diodowe źródła NIR-pc-LED wyróżniają się mniejszymi rozmiarami, wyższą sprawnością oraz niższą temperaturą pracy. Dzięki tym cechom mogą być używane w przenośnych urządzeniach, takich jak smartfony, co otwiera szerokie możliwości praktycznego zastosowania. Nowe technologie umożliwią monitorowanie stanu zdrowia, diagnozowanie składu tkanki tłuszczowej, ocenę poziomu nawodnienia organizmu oraz analizę świeżości i jakości żywności. Dodatkowo, przenośne detektory będą w stanie identyfikować niepożądane substancje, takie jak pestycydy, co znacząco poprawi bezpieczeństwo żywności.
- Współautorem publikacji jest naukowiec z Tajwanu, dr Mu-Huai Fang. W jaki sposób nawiązali Państwo współpracę? Czy planują Państwo kolejne wspólne projekty?
- Nasza współpraca z doktorem Mu-Huaiem Fangiem rozpoczęła się ponad 8 lat temu, gdy jako magistrant profesora Ru-Shi Liu z National Taiwan University został wyznaczony do kierowania zadaniem badawczym w ramach wspólnego projektu polsko-tajwańskiego. Zadanie Mu-Huaia Fanga polegało na syntezie materiałów luminescencyjnych oraz przeprowadzeniu i interpretacji badań strukturalnych. Nasz zespół skupiał się w projekcie na badaniach spektroskopowych oraz modelowaniu. O tym, jak dr Mu-Huai Fang wywiązał się z powierzonego zadania, najlepiej świadczy fakt, że nasza współpraca trwa nieprzerwanie do dziś, co zaowocowało 30 wspólnymi publikacjami. Od trzech lat doktor Mu-Huai Fang kieruje własną grupą naukową w Research Center for Applied Sciences, Academia Sinica, z którą planujemy kolejne projekty badawcze. Celem naszych przyszłych badań będzie dalsze zgłębianie natury przejść optycznych w materiałach aktywowanych jonami metali przejściowych. Planujemy również intensywny rozwój nowych metod badawczych, a także szukanie możliwości aplikacyjnych dla syntezowanych materiałów.