Революция в фотонике: Российские ученые создали уникальное теллуритное стекло для медицины и электроники

Россия - Информационное агентство Эхбари

Революция в фотонике: Российские ученые создали уникальное теллуритное стекло для медицины и электроники

Международная группа ученых под руководством российских специалистов совершила прорыв в материаловедении, разработав уникальный тип теллуритного оксохлоридного стекла. Этот инновационный материал, способный значительно расширить горизонты современных фотонных технологий, обещает стать краеугольным камнем для следующего поколения лазерной хирургии, оптических усилителей и высокоточных промышленных систем. Открытие, детально описанное в престижном издании Journal of Non-Crystalline Solids, подчеркивает возрастающую роль России в глобальных научных исследованиях и разработке передовых материалов.

Исследование было проведено коллаборацией ведущих научных центров: Института общей и неорганической химии имени Курнакова (ИОНХ РАН), Российского химико-технологического университета имени Менделеева, а также их международных партнеров – Университета Кан-Нормандия (Франция) и Чешского технического университета в Праге. Их совместные усилия привели к созданию люминофорных стекол нового поколения, основанных на комплексе хлорида свинца и диоксида теллура (PbCl₂-TeO₂). Ключевым нововведением стало легирование этих стекол ионами редкоземельных элементов, таких как тулий (Tm3+), эрбий (Er3+) и гольмий (Ho3+), что придает им выдающиеся оптические свойства.

Особая ценность разработанного материала заключается в его исключительных спектрально-люминесцентных характеристиках, которые проявляются особенно ярко в среднем инфракрасном диапазоне длин волн от 2 до 3 микрометров. Этот диапазон является критически важным для множества высокотехнологичных приложений. В медицине, например, лазеры, работающие в этом спектре, обеспечивают более точное и менее инвазивное вмешательство в хирургии, минимизируя повреждение окружающих тканей. Это открывает новые перспективы для офтальмологии, дерматологии и общей хирургии, где требуется высочайшая точность. В электронике и телекоммуникациях новый материал может стать основой для создания более эффективных оптических усилителей, которые являются сердцем высокоскоростных волоконно-оптических сетей, а также для разработки промышленных лазеров нового поколения с расширенными возможностями для обработки материалов и производства.

Преимущества теллуритных оксохлоридных стекол перед традиционными материалами, такими как силикатные и фторидные стекла, неоспоримы. Они демонстрируют значительно более высокую прозрачность в инфракрасной области, что критически важно для эффективной передачи лазерного излучения. Кроме того, их низкая энергия фононов и улучшенная эффективность люминесценции, достигаемая за счет добавления галогенидных модификаторов, позволяют получать более мощное и стабильное излучение. Эти характеристики делают их идеальными кандидатами для создания компактных и высокопроизводительных фотонных устройств, превосходящих существующие аналоги.

Однако путь к созданию таких передовых материалов не был простым. Область оксохлоридных фотонных материалов долгое время оставалась недостаточно освоенной из-за фундаментальных трудностей в их синтезе. Основная проблема заключалась в пирогидролизе – высокотемпературном разложении исходных компонентов под воздействием водяного пара. Этот процесс приводил к образованию нежелательных остаточных гидроксильных (OH) групп в структуре стекла, которые, как известно, значительно подавляют люминесценцию, делая материал непригодным для оптических приложений. Борьба с этими примесями была ключевым препятствием для развития технологии.

Именно здесь проявилось мастерство и инновационный подход исследователей. Им удалось подобрать и оптимизировать условия синтеза методом закаливания расплава. Этот метод позволил минимизировать образование OH-групп до беспрецедентно низких уровней, обеспечив чистоту и оптическую активность материала. Достижение такого контроля над процессом синтеза стало настоящим прорывом, открыв возможность для детального изучения спектрально-люминесцентных свойств этих стекол. Впервые ученые смогли всесторонне проанализировать их характеристики и наглядно продемонстрировать их превосходство над аналогами на оксидной и оксофторидной основе, которые имеют более высокую энергию фононов, ограничивающую их применение в среднем ИК-диапазоне.

Еще одним значимым достижением является то, что разработанный материал демонстрирует более длительное время жизни возбужденных состояний редкоземельных ионов. Это свойство имеет решающее значение для эффективности оптических усилителей, поскольку оно позволяет накапливать больше энергии и высвобождать ее более мощными и стабильными импульсами. Увеличенное время жизни возбужденных состояний переводит эти стекла в категорию высокоперспективных для создания следующего поколения волоконных лазеров и усилителей, которые найдут применение в самых требовательных областях – от научных исследований до оборонной промышленности.

В целом, разработка нового теллуритного оксохлоридного стекла является значительным шагом вперед в материаловедении и фотонике. Она не только решает давние проблемы в синтезе, но и открывает двери для создания множества новых высокотехнологичных устройств. Российская наука, в кооперации с международными партнерами, в очередной раз подтверждает свой высокий потенциал в области инноваций, способных влиять на будущее глобальных технологий и улучшать качество жизни.

Информационное агентство Эхбари