Ученые ТГУ создали модель для предсказания свойств любых молекул до их синтеза
Ученые физики, под руководством доцента физического факультета Томского государственного университета Рашида Валиева, создали модель, которая позволяет предсказывать свойства молекул, например, люминесцентность, до их синтеза и без экспериментов. Статья о новой модели опубликована в журнале Physical Chemistry Chemical Physics, передает пресс-служба ТГУ.
Над проектом работали Виктор Черепанов (ТГУ), Глеб Барышников (ТГУ и Королевский технологический университет, Швеция) и Даге Сундхольм (Университет Хельсинки, Финляндия). Добиться создания универсальной модели, применимой к молекулам любой природы, физикам удалось за счет введения эффекта ангармоничности. В двухатомных и трехатомных молекулах этот эффект вводился и раньше, но в задачах фотофизики и фотохимии рассматриваются большие молекулы с десятками атомов — и здесь корректной математической модели ранее не существовало.
«Мы можем изучать молекулы, которые излучают в инфракрасном, видимом и даже ультрафиолетовом диапазонах, на основе только теоретических вычислений, без привлечения экспериментальной подгоночной информации. А это дает возможность предсказывать свойства молекул еще до их синтеза, что значительно экономичнее, чем синтезировать вслепую», — объясняет Рашид Валиев.
Эффект ангармоничности возникает, когда колебания атомов в молекуле сильные, а энергии — большие. В таком случае колебания атомов уже не будут корректно описываться в гармоническом приближении и необходимо вводить отклонение от него. Включение эффекта ангармоничности особенно важно при вычислении характеристик молекул, которые излучают свет в синем и ультрафиолетовом диапазонах, из-за чего их колебания происходят с большой энергией.
Знание фотофизических и фотохимических свойств молекул необходимо во многих областях физики, химии, биологии. В частности, это используется при разработке OLED-структур для стабильных и ярких дисплеев гаджетов; фотосенсибилизаторов в задачах фотодинамической терапии, где необходимо создать схему для эффективной генерации окислителей-убийц раковых клеток. Расчет времени жизни молекул в возбужденном электронном состоянии необходим в астрофизике и астрохимии, при прогнозировании эффективности и коэффициента полезного действия лазеров на красителях, эффективности переноса заряда и его разделения с целью повышения КПД солнечных батарей и так далее.
Работы по созданию модели выполнялись в рамках проекта РНФ «Новые электролюминесцентные материалы для создания высокоэффективных органических светодиодов (OLEDs)».