Quando la luce blu viene proiettata sull'estremità del disprosio dei cristalli di lantanide collegati (cristallo blu), l'estremità del terbio (cristallo arancione) diventa verde. Questo è paragonato a un treno che trasporta energia. Credito:Pedro Paulo Ferreira da Rosa, et al, Comunicazioni sulla natura , 5 luglio 2022.
I metalli delle terre rare, quando collegati, possono fungere da condotto per il flusso di energia e mostrare risultati promettenti per lo sviluppo di nuovi materiali.
Gli scienziati hanno collegato due cristalli morbidi e hanno osservato il trasferimento di energia tra di loro, una scoperta che potrebbe portare allo sviluppo di materiali sofisticati e reattivi. Lo studio, condotto da scienziati dell'Università di Hokkaido in Giappone, è stato pubblicato sulla rivista Nature Communications .
I cristalli molli sono solidi molecolari flessibili con strutture altamente ordinate. Quando sono sottoposti a stimoli esterni, come vapore o sfregamento, le loro strutture molecolari si riordinano e rispondono cambiando forma, colore o luminescenza.
"Volevamo sapere cosa sarebbe successo se avessimo unito i cristalli morbidi a livello molecolare per connetterli", afferma Yasuchika Hasegawa, un chimico dei materiali presso l'Università di Hokkaido e autore principale dello studio. Hasegawa e il suo team hanno utilizzato metalli delle terre rare chiamati lantanidi, i cui ioni hanno raggi altrettanto grandi e quindi formano strutture simili. I composti lantanidi, di cui ce ne sono 15, sono interessanti perché possono luminescenza.
Il team ha studiato le strutture dei cristalli costituiti dal lantanide terbio (Tb), che si illumina di verde, e dal disprosio (Dy), che si illumina di giallo. Il team ha prima collegato i cristalli di ciascun lantanide separatamente e ha osservato le strutture e il trasferimento di energia all'interno dei composti. Hanno quindi utilizzato queste informazioni per unire i cristalli di Tb(III) e Dy(III) insieme attraverso un legame piridinico ed hanno esaminato la struttura molecolare di un trasferimento di energia all'interno del "treno molecolare" unito.
Una micrografia leggera dei cristalli molli di lantanide collegati utilizzati in questo studio; il cristallo di disprosio è a sinistra e il cristallo di terbio è a destra. Credito:Pedro Paulo Ferreira da Rosa, et al. Comunicazioni sulla natura . 5 luglio 2022
Quando hanno eccitato l'estremità del disprosio del treno usando la luce blu, hanno osservato una luminescenza verde all'estremità opposta del terbio. I loro calcoli hanno rivelato che l'energia è stata trasferita da un cristallo all'altro su una distanza di 150 micrometri. "Questa distanza di migrazione dell'energia è la più lunga riportata per i polimeri di coordinazione dei lantanidi o per i sistemi complessi", afferma Hasegawa. L'estremità del terbio ha continuato a luminescenza per 0,60 millisecondi.
Il collegamento di cristalli morbidi potrebbe portare alla formazione di nuove strutture cristalline che potrebbero avere applicazioni nei semiconduttori, nei laser, nelle fibre ottiche e nella stampa. + Esplora ulteriormente
