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Los científicos han descubierto por qué los cúmulos de plata emiten luz


Los racimos de plata confinados en matrices poseen propiedades de luminiscencia notables, pero se sabe poco sobre sus propiedades estructurales y electrónicas, o al menos hasta ahora.

Gracias a un equipo interdisciplinario de físicos y químicos dirigido por la Katholieke Universiteit Leuven (KU Leuven) en Bélgica, ahora sabemos exactamente cómo y por qué los grupos de átomos de plata capturados en zeolitas tienen propiedades emisoras de luz tan notables.

Este reciente descubrimiento juega un papel primordial al abrir nuevas posibilidades para aplicaciones de iluminación más eficientes que podrían convertirse en una mejor alternativa para las lámparas LED y TL, contribuyendo a los esfuerzos de eficiencia energética.

Cuando se capturan grupos de átomos de plata en zeolitas, un material poroso con pequeños canales y huecos, presentan notables propiedades de emisión de luz. Los investigadores ahora han demostrado el origen de estas propiedades por primera vez.

¿Qué son las zeolitas y por qué es importante?

Las zeolitas son minerales aluminosilicatos microporosos. Se producen de forma natural pero también se producen industrialmente. En 1756, el mineralogista, químico sueco y uno de los fundadores de la mineralogía moderna Axel Fredrik Cronstedt acuñó el término zeolita(del griego ζέω (zéō), hervir y λίθος (líthos), Roca) después de observar que el calentamiento rápido del material producía grandes cantidades de vapor de agua que había sido absorbida.

En química, las zeolitas se utilizan para separar moléculas y como trampas de moléculas para que puedan analizarse. Las moléculas deben tener determinados tamaños y formas para poder atravesarlas.

Los científicos usan zeolitas para simular ciertas reacciones. Cuando las moléculas quedan atrapadas en los vacíos de las zeolitas, pierden movilidad y comienzan a comportarse de manera diferente. Esta observación permitió a los investigadores de KU Leuven descubrir por qué y cómo los racimos de plata emiten luz cuando quedan atrapados en las jaulas de un tipo específico de zeolita.

Según Didier Grandjean, investigador de la unidad del Laboratorio de Física del Estado Sólido y Magnetismo en KU Leuven, el equipo de investigadores irradió una mezcla de racimos de plata con radiación de sincrotrón en la Instalación Europea de Radiación de Sincrotrón en Grenoble.

"Lo bueno de esto es que nos proporciona mucha información sobre la estructura y las propiedades del material. Sin embargo, como queríamos ver específicamente las propiedades ópticas, usamos un nuevo método que deliberadamente solo medía la luz emitida . De esta manera, estábamos seguros de que solo estábamos mirando las partículas específicas responsables de la luz ", dijo Grandjean.

La investigación realizada por los científicos de KU Leuven proporcionó evidencia concluyente y clara de que solo grupos muy pequeños de cuatro átomos de plata en forma de tetraedro y rodeados de moléculas de agua emiten luz.

El resplandor de los racimos plateados

Según el profesor Peter Lievens, profesor de física experimental en el Departamento de Física y Astronomía de la KU Leuven, los tetraedros forman una unidad en la que dos electrones pueden moverse libremente. "Esto forma el llamado superátomo: una estructura compuesta por varios átomos, pero que se comporta de manera muy similar a un solo átomo", dice el profesor Lievens.

"Las propiedades ópticas de los cúmulos son causadas por los dos electrones libres. Estos decaen de un nivel de energía más alto a uno más bajo, lo que da como resultado un cierto tono de luz verde. A su vez, los niveles de energía están determinados por las propiedades químicas del super átomo ", dice.

La nueva observación es el resultado de una intensa colaboración entre investigadores tanto en química como en física. Según el profesor Lievens, las observaciones experimentales se confirman mediante cálculos teóricos avanzados.

Los hallazgos sirven como base para identificar materiales candidatos mediante la modificación de las propiedades de los racimos de plata en busca de las propiedades ópticas deseadas que se pueden utilizar para múltiples aplicaciones prácticas en iluminación, imágenes y terapéutica.

Los científicos resumieron su estudio en el artículo de investigación Origin of the Bright Photoluminiscence of Few-Atom Silver Clusters Confined in LTA Zeolites, que se publicó en la revista académica revisada por pares.Ciencias el 17 de agosto de 2018.


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