Коллектив ученых во главе с доцентом физического факультета Томского государственного университета Рашидом Валиевым, а также при участии Виктора Черепанова, Глеба Барышникова (работающего в ТГУ и Королевском технологическом университете, Швеция) и Даге Сундхольма из Университета Хельсинки (Финляндия), разработал инновационную теоретическую модель для вычисления фотофизических свойств молекул любого типа, включая соединения на основе редкоземельных элементов. Эта прорывная модель позволяет специалистам с высокой точностью прогнозировать молекулярные характеристики до фактического синтеза соединений, что открывает новые горизонты для современной науки и технологий.
Универсальное решение для молекулярных исследований
Современная наука требует точного знания фотофизических и фотохимических свойств молекул в различных отраслях — от физики и химии до биологии. Новое теоретическое решение, предложенное командой Рашида Валиева, позволяет существенно расширить возможности фундаментальных и прикладных исследований. Например, модель открывает новые пути для разработки эффективных OLED-материалов, создания фотосенсибилизаторов для медицины (таких как препараты для фотодинамической терапии), прогнозирования КПД лазеров и солнечных батарей.
Понимание времени жизни возбужденных молекул крайне важно в астрофизике и астрохимии, где подобные характеристики влияют на интерпретацию спектров спутниковых наблюдений и развитие технологий на стыке химии, физики и астрономии.
Ангармоничность: ключ к новым точным расчетам
Важнейшей особенностью модели стал учет эффекта ангармоничности, который обусловливает более реалистичное описание колебаний атомов внутри молекулы, особенно в случаях высокой энергии. Если до сих пор ангармоничность учитывалась в основном для простейших молекул из двух-трех атомов, то команда ТГУ и их зарубежные коллеги впервые распространили этот подход на сложные многокомпонентные структуры, что ранее не удавалось сделать корректно математически.
В моделировании ярко выражена способность предсказывать поведение молекул, светящихся в ультрафиолетовом, видимом и инфракрасном диапазонах, исключительно с помощью количественных расчетов. Благодаря этому стало возможным узнать потенциальную люминесцентность и другие важные свойства до синтеза, минуя дорогостоящие и трудоемкие лабораторные этапы.
Экономия ресурсов и ускорение научного прогресса
По словам Рашида Валиева, возможность изучать новые молекулы на этапе теоретического моделирования избавляет ученых от необходимости проводить многочисленные эксперименты «вслепую», что существенно снижает финансовые и временные затраты при разработке новых материалов. Это особенно актуально для фармацевтики, фотоники, материаловедения и других отраслей, где поиск эффективных соединений требует быстрой апробации десятков и сотен вариантов.
Включение ангармоничности особенно важно для молекул с высокоэнергетическими колебаниями — например, тех, что имеют яркое свечение в синей или ультрафиолетовой области спектра. Для таких систем гармоническое приближение не дает достоверных результатов, а новая модель впервые позволяет выявлять колебания с необходимой точностью.
Международное сотрудничество и поддержка фундаментальных исследований
Проект был поддержан Российским научным фондом (РНФ) в рамках программы по созданию новых электролюминесцентных материалов для разработки передовых органических светодиодов (OLEDs). Объединение экспертизы физиков ТГУ, исследователей из Швеции и Финляндии принесло ощутимый результат, ускорив внедрение новых идей в мировое научное сообщество.
Реализация столь инновационного подхода вывела российскую и международную науку на новый уровень. Благодаря работе Валиева, Черепанова, Барышникова и Сундхольма, ученые теперь способны быстро и эффективно прогнозировать характеристики самых сложных молекулярных систем, что существенно расширит горизонты фундаментальных открытий и приведет к появлению уникальных технологий в будущем.
