Техника - молодёжи 1975-06, страница 4

Лауреаты премии Ленинсного номсомола

ЛЮМИНОФОРЫ НЕ ПО ПРАВИЛАМ

АНАТОЛИЙ ШИБАНОВ, кандидат физико-математических наук, наш спец. корр.

Наука раздвигает горизонт зримого. Не только в переносном, но и в прямом смысле слова. Открытия ученых помогают продвинуться за границы видимой области электромагнитного излучения. И не последнюю роль здесь играют люминесцентные «визоры», разменивающие крупные кванты невидимых человеческому глазу лучей на более мелкие кванты обычного света.

Но возможности люминесценции на этом поприще далеко еще не исчерпаны. Свидетельством тому работы молодого ленинградского ученого кандидата физико-математических наук В. Овсянки-на и его научного руководителя члена-корреспондента АН СССР П. Феофилова. Ими выявлен класс люминофоров, совершающих обратный обмен квантов, — мелкие на более крупные. Это открывает новые перспективы современной технике инфракрасного видения.

По-настоящему плодотворная идея не замыкается узкими ведомственными рамкамн. Обнаруженный исследователями эффект позволил окончательно разобраться в таких наболевших вопросах, как фотографический процесс в сенсибилизированной галоидно-серебряной эмульсии и фотосинтез в зеленом листе растения.

Успехи молодого ученого получили высокую оценку. За цикл работ по кооперативной люминесценции Владимиру Овсянкину присуждена премия Ленинского комсомола за 1974 год.

Пролетарии всех стран, соединяйтесь)

КИКИ 1975

Ежемесячный общественно-политический, научно-художественный и производственный журнал ЦК ВЛКСМ Издается с июля 1933 года

В 1852 году, анализируя спектры поглощения и свечения люминесци-рующих веществ, Г. С. Стоке пришел к выводу, что свет люминесценции имеет всегда большую длину волн, чем излучение, возбудившее ее.

В процессах люминесценции, как и во всех других явлениях природы, неумолимо выполняется закон сохранения энергии. Из-за того, что часть поглощаемой энергии непроизводительно теряется, атом испускает более мелкую порцию световой энергии, чем он поглотил перед этим.

С другой стороны, энергия кванта света обратно пропорциональна длине его волны. И любое люминесциру-ющее вещество испускает свет с большей длиной волны, чем поглощает.

Простое и столь очевидное правило Стокса вызвало оживленную дискуссию среди ученых, продолжавшуюся несколько десятилетий. Дело в том, что спектр поглощения и спектр люминесценции нередко перекрываются своими крайними участками (первый — правым, а второй — левым, см. рис. 1). Осветив вещество светом с длиной волны как раз в диапазоне перекрытия, естественно ожидать усеченный спектр люминесценции, начинающийся не от своей обычной коротковолновой границы, а лишь от длины волны возбуждающего света. Это диктует правило Стокса. В некоторых случаях так и происходит. Но существует многочисленная группа веществ, которые демонстрируют при таком возбуждении полный спектр люминесценции, от одной его границы до другой. Часть свечения (левее возбуждающего излучения) идет вопреки правилу Стокса и как будто бы вопреки закону сохранения энергии. Для родамина, например, антистоксовое свечение может составлять 40% всего спектра люминесценции!

Сначала это казалось необъяснимым парадоксом: из ничего творится добавочная энергия для квантов люминесценции! Но чудеса в науке недолговечны, и более тщательный анализ восстановил нарушенный энергетический балланс. Атом или молекула сами по себе могут обладать значительной энергией тепловых колебаний. Складываясь с энергией поглощенного кванта, она обеспечивает более крупный квант излучения, соответствующий более коротковолновому свету (рис. 2 — в центре). Вместо стоксовых потерь появля

ются антистоксовые приобретения. Мираж люминесцентного «перпетуум мобиле» забрезжил и померк. Но осталась мечта: превратить люминофор в укрупнитель световых квантов, преобразующий длинноволновое излучение в более коротковолновый свет. Это позволило бы шагнуть зл «красный порог» видимого света, «проявить» на люминесцентном экране невидимые, инфракрасные лучи.

К сожалению, наблюдавшееся антистоксовое свечение не обнадеживало ученых. Среди неисчислимой толпы молекул или атомов лишь мизерная доля обладает повышенной тепловой энергией, и нужно еще, чтобы именно в такую частицу угодил квант возбуждающего света. Поэтому, если при обычной люминесценции на каждый поглощенный квант приходится один высвеченный, то при антистоксовой эта пропорция резко ухудшается. Один квант такой люминесценции приходится на гораздо большее число поглощенных квантов. Столь ничтожный КПД никак не устраивал исследователей. Пришлось искать другие механизмы образования антистоксового свечения, которые позволили бы поменять местами спектры поглощения и спектры люминесценции.

У словно примем энергию основно-' го состояния атома, когда электроны находятся на отведенных местах, за начало отсчета, то есть положим ее равной нулю. Стоит атому поглотить квант света, как один из его электронов немедленно переселяется на более удаленную орбиту. При этом энергия его возрастает, как возрастает потенциальная энергия камня, поднимаемого над поверхностью земли (рис. 2 — слева). Долго такую избыточную энергию атому не удержать. Спустя ничтожные доли секунды электрон возвращается на прежнюю орбиту, и атом излучает квант света и переходит в обычное, невозбужденное состояние. У каждого вида атомов свое расположение электронов и своя иерархия энергетических уровней, на которые может перепрыгивать возбужденный атом. Глядя на такую энергетическую диаграмму, можно заранее сказать, какие кванты света поглощает атом и какие испускает.

Но представим себе, что атом пе-ресксЖивает на некоторый уровень возбуждения не сразу, не в резуль-

© «Техника — молодежи», 1975 г