稀土元素發光新突破：科學家成功調控鈰離子發出黃光

俄羅斯高等經濟大學與俄羅斯科學院石油化學合成研究所的研究團隊，開發出一項革命性技術，能夠透過改變化學環境來調控稀土元素的發光顏色與亮度。這項突破將為先進光源、顯示技術與雷射系統的開發開闢新途徑。

稀土元素在微電子、LED與螢光材料領域扮演關鍵角色，其獨特之處在於能發出特定波長的光。這種特性源自於電子吸收與釋放能量時的行為。當原子從光源或電流吸收能量後，電子會躍遷到較高能階，隨後回歸基態時便會以發光形式釋放多餘能量。

研究團隊發現，雖然稀土元素的4f軌域電子躍遷通常會產生固定顏色的光（例如鈰離子通常發出紫外光，鋱離子則發出綠光），但透過設計特殊的有機配位基環境，竟能讓鈰離子改發出黃色光。這項研究成果已發表於《光學材料》期刊。

團隊合成了一系列含鈰、鐠、鋱的錯合物，利用環戊二烯陰離子作為配位基，在金屬離子周圍形成對稱排列。這些配位基產生的靜電場改變了5d軌域的能量，進而影響發光光譜。研究主筆、高等經濟大學化學系碩士生丹尼爾表示：「我們刻意設計出具有非典型電子結構的化合物，透過系統性研究釐清了發光機制。」

傳統化合物中，鈰離子會發出300-400奈米的紫外光，但在新型錯合物中，其發光波長竟紅移至655奈米。這顯示4f與5d能階間的能隙已明顯縮小。研究共同作者德米特里解釋：「在新化合物中，能量是透過5d態進行傳遞，而非直接轉移至4f電子，這種非典型途徑造就了特殊的發光特性。」

這項發現將使科學家能更精準地設計具有特定光學性質的材料，省去繁瑣的試誤過程。研究團隊成員費奧多爾強調：「我們已能明確掌握原子環境如何影響電子躍遷與發光行為，未來可望據此開發出各種新型光源材料。」