Люминесценция — это свечение, которое возникает в результате преобразования энергии внутри молекулы и которое при этом не сопровождается нагревом тела. Люминесценцию можно вызывать разными воздействиями: светом, теплом, рентгеновскими лучами, электронным пучком, электрическим током и еще десятком разнообразных способов.
В лаборатории «Молекулярная спектроскопия люминесцентных материалов» ученые сосредоточены на изучении фотолюминесценции — преобразовании энергии, возникающей при возбуждении вещества электромагнитным излучением в ультрафиолетовом, видимом и инфракрасном диапазонах длин волн. В основе большинства соединений, изучаемых в лаборатории, лежат ионы лантаноидов, известных своими замечательными люминесцентными свойствами и широко используемых в светодиодах. В Периодической системе химических элементов есть 14 таких металлов, атомные номера с 57 по 71: от лантана до лютеция. Они все имеют схожие свойства, что делает их химическими «близнецами», но в то же время спектры испускания — то есть цвет свечения и некоторые другие важные характеристики — индивидуальны для всех ионов. Все лантаноиды обладают так называемой 4f-оболочкой, которая постепенно заполняется электронами. У лантана эта оболочка пустая, у лютеция — заполненная, у остальных заполнена отчасти. Чтобы создавать различные люминесцентные материалы, ионы лантаноидов приходится связывать со специальными органическими соединениями, получая так называемые координационные соединения или комплексы.
За счет переходов электронов внутри частично заполненной 4f-оболочки, в соединениях на основе лантаноидов возможна люминесценция. Более того, лантаноидные материалы замечательны еще и тем, что у каждого из них свои, очень узкие линии люминесценции, покрывающие совокупно практически весь диапазон света (от ультрафиолета до ближнего инфракрасного). Но есть проблема. Сам по себе ион лантаноида имеет очень низкое собственное поглощение световой энергии, а если свет слабо поглощается, то мало света и излучается.
Ученые задались вопросом, как сделать так, чтобы у лантаноидных материалов, которые сами по себе хорошие излучатели света, повысить эффективность люминесценции.