Аннотация результатов, полученных в 2024 году
В рамках отчетного года группа провела значительные исследования в области разработки и изучения сцинтилляционных материалов на основе металлорганических галогенидов. Было собрано обширное количество данных о 371 соединении, что позволило разработать модель машинного обучения для предсказания сцинтилляционных свойств молекул на основе их состава и структуры. Важной особенностью данной модели является использование объяснимых алгоритмов, таких как Деревья Решений и Случайный Лес, что позволило выявить ключевые правила, влияющие на эффективность сцинтилляции. Одним из таких правил стало обнаружение, что терминальная группа -NH3, а также N-H в ароматических кольцах препятствуют формированию больших контактов M...M, что негативно сказывается на сцинтилляции из-за коротких водородных связей N-H...(Cl,Br,I). Для валидации разработанной модели, в сотрудничестве с китайскими коллегами, были синтезированы пять соединений, соответствующих выявленным критериям и обладающих значительными сцинтилляционными свойствами. Эти соединения, такие как [DMe]MnBr4 и [C16Py]2MnBr4, продемонстрировали короткие времена жизни флуоресценции, что указывает на их пригодность для использования в сцинтилляторах. Особенно выделяется материал [DMe]MnBr4, который показал превосходные характеристики по сравнению с LuAG:Ce, в том числе линейную зависимость сигнал/шум при низком пределе обнаружения дозы рентгеновского излучения, необходимом для медицинской диагностики. Эти результаты подтвердили гипотезу о том, что соединения с большими расстояниями M...M обладают более высокими световыми выходами, а также доказали состоятельность разработанной модели машинного обучения. В продолжение исследований был проведен экспериментальный поиск новых сцинтилляционных материалов на основе галогенидов меди(I) и тиомочевины, а также родственных соединений. Обнаружено, что реакции между CuCl и CuBr с тиомочевинами в присутствии растворителей приводят к образованию новых веществ с потенциалом сцинтилляции. В результате синтезированы четыре новых соединения с потенциально полезными сцинтилляционными и фотолюминесцентными свойствами, включая комплекс Cu3Cl3(N,N’-Дибутилтиомочевина)3, который продемонстрировал эффективную зеленую сцинтилляцию. Исследования этих новых соединений продолжаются, и работа в этом направлении будет продолжена в следующем году. Полученные знания значительно расширяют возможности предсказания и разработки новых сцинтилляционных материалов, открывая перспективы для их более широкого применения в различных областях, включая медицинскую диагностику и технологии визуализации. Полученные результаты подтверждают эффективность использования машинного обучения в изучении сложных материалов и подчеркивают значимость междисциплинарного подхода в современных научных исследованиях.

Аннотация результатов, полученных в 2025 году
В отчетном году в рамках проекта, поддержанного РНФ, проводились работы по нескольким взаимосвязанным направлениям: целенаправленный синтез новых гибридных сцинтилляторов, их всесторонняя структурная и функциональная характеристика, проверка и развитие прогностической модели машинного обучения, а также внедрение полученных материалов в практические прототипы устройств. Центральным достижением стала успешная экспериментальная проверка и развитие модели машинного обучения, разработанной ранее для скрининга перспективных сцинтилляторов. Модель, построенная на анализе базы данных из 371 соединения, предсказывала, что ключевым фактором является отсутствие в молекуле амина (лиганда) донорных групп (-NH, -NH2), которые способствуют тушению свечения. Для проверки этого правила была проведена масштабная синтетическая работа. Синтез и изучение 16 соединений на основе галогенидов меди(I) и производных тиомочевины показал, что сцинтилляцию проявляют только симметричные N,N'-диалкилтиомочевины, в то время как 69% других соединений, содержащих –NH2-группы, оказались неактивными, что согласуется с прогнозом. Также нет сцинтилляции комплексов Cu(I) c другими органическими молекулами с тиоамидной группой (тиосемикарбазиды, 2-меркаптобензотиазол, 2-меркаптобензимидазол). Также нет сцинтилляции комплексов Cu(I) c другими тиоамидами (тиосемикарбазиды, 2-меркаптобензотиазол, 2-меркаптобензимидазол). Следующим шагом стал синтез 31 нового вещества на основе галогенидов меди(I) и аминов – класса, идеально соответствующего критериям предложенной модели машинного обучения. Результат превзошел ожидания: 42% от синтезированных соединений (13 из 31) проявили яркую сцинтилляцию. Причем соединения с третичными аминами с полностью алкилированными атомами азота оказались наиболее эффективными, что подтвердило высокую предсказательную способность разработанного нами подхода с использованием машинного обучения. Синтезирован и исследован новый гибридный материал, содержащий Pb(II). Соединение Pb(DMTU)4Br2 продемонстрировало яркую зеленую сцинтилляцию и высокую устойчивость, что позволяет рассматривать его как перспективный сцинтилляционный материал. Особую значимость имеет демонстрация универсальности модели. Было установлено, что выведенные для меди(I) правила успешно работают и для других металлов. Так, в синтезированном соединении сурьмы(III) (C8H14N2)2[SbCl5]Cl2 есть только первичные атомы азота, но сцинтилляция проявляется за счет близкого к оптимальному межатомному расстоянию Sb…Sb. Действительно, рентгеноструктурный анализ подтвердил оптимальное для свечения межатомное расстояние Sb…Sb. Более того, при совместной работе с китайскими коллегами были охарактеризованы церий-содержащие сцинтилляторы [Emim]3CeBr6 и [Emmim]3CeBr6, чьи структурные особенности и высокие межатомные расстояния Ce...Ce также полностью соответствовали рекомендациям модели, впервые показавшей свою эффективность за пределами класса медных комплексов. Важнейшим практическим результатом проекта стало открытие и детальное изучение серии высокоэффективных металлорганических сцинтилляторов на основе меди(I), демонстрирующих рекордные характеристики. В рамках международного сотрудничества российская группа провела структурные исследования и фазовую характеризацию для соединений, синтезированных китайскими партнерами. Среди них выделяются комплексы с лигандом 2-метокси-3-метилпиразином (C6H8N2OCuX, X = I, Br), показавшие исключительные сцинтилляционные световые выходы – 52000 и 50000 фотонов/МэВ соответственно, что более чем в два раза превышает показатель коммерческого сцинтиллятора LuAG:Ce. Соединение C6H8N2OCuI проявило уникальную стабильность, сохраняя интенсивную люминесценцию и фазовую чистоту после шестимесячного пребывания в воде, а также высокую радиационную стойкость. Его предел обнаружения излучения составил 43,14 нГр/с, что на два порядка ниже медицинского норматива. Не менее впечатляющие результаты были получены для соединений C63H125Cu8I8N14O7 (Cu4I4-CC) и C9H20N2OCu2I4 (Cu2I4-IC). Первое продемонстрировало рекордный для проекта световыход в 67500 фотонов/МэВ, а второе – высокий выход в 29740 фотонов/МэВ. Структурные исследования выявили принципиальные различия в их строении (кластерная структура vs. одномерные цепочки), что обусловило и разный механизм сцинтилляции – кластерное излучение и излучение автолокализованных экситонов соответственно. Ключевым достижением, связывающим фундаментальные исследования с приложениями, стала разработка гибких сцинтилляционных материалов. На основе соединения Cu4I4-CC был создан гидрогель с поливиниловым спиртом, обладающий выдающейся механической гибкостью (удлинение до 300%), высокой прозрачностью и стабильностью. Для комплексов C6H8N2OCuX были разработаны тонкопленочные композиты с карбоксиметилцеллюлозой натрия (CMC-Na). Оба подхода позволили создать прототипы устройств для рентгеновской визуализации, обеспечивающие рекордно высокое пространственное разрешение свыше 14 пар линий/мм и возможность работы в сложных условиях, включая гибкую и даже подводную визуализацию. Параллельно с экспериментальной работой был заложен фундамент для нового этапа прогнозного моделирования. Успех первоначальной модели стимулировал начало работ по созданию более сложной системы, предсказывающей не только факт сцинтилляции, но и точные оптические свойства: ширину запрещенной зоны, длины волн, квантовый выход и время жизни. Совместно с коллегами из Китая собрана и структурирована база данных из 110 металлорганических соединений, для которых проведена трудоемкая предобработка кристаллических структур и классификация типов химических связей. Это создает мощный задел для применения методов машинного обучения в следующем году. Научные результаты проекта нашли широкое освещение: опубликовано 4 статьи в журналах первого квартиля (Q1), сделан доклад на международной конференции «Невская фотоника». Выпущены два пресс-релиза в ведущих федеральных СМИ, посвященные как прорывным материалам, так и уникальной методологии их поиска с помощью искусственного интеллекта. Ссылки на информационные ресурсы, посвященные проекту: Пресс-релиз в «Известиях»: «Сложный контроль: ИИ помогут создать приборы для досмотра кораблей и реакторов»: https://iz.ru/1830926/andrei-korshunov/slozhnyj-kontrol-ii-pomozhet-sozdat-pribory-dlya-dosmotra-korablej-i-reaktorov Пресс-релиз в «Взгляд»: «Гибкий рентген: новые устройства подстраиваются под любую поверхность»: https://vz.ru/news/2025/8/25/1355168.html Пресс-релиз в «Поиск-news»: «Гибкий рентген: новые устройства подстраиваются под любую поверхность»: https://poisknews.ru/tehnologii/gibkij-rentgen-novye-ustrojstva-podstraivayutsya-pod-lyubuyu-poverhnost