Un po' di umidità durante un esperimento ha informato gli scienziati sullo strano comportamento di un materiale ossido complesso che stavano studiando, facendo luce sul suo potenziale per migliorare i sensori chimici, elaborazione e memorizzazione delle informazioni. In presenza di una molecola d'acqua sulla sua superficie, il materiale stratificato emette luce ultravioletta dal suo interno. Un team di ricercatori della Drexel University, l'Università della Pennsylvania, l'Università della California a Berkeley, e la Temple University hanno recentemente pubblicato la scoperta che è possibile controllare la produzione di luce UV tramite una reazione chimica che funziona come l'attivazione di un interruttore della luce.

Durante lo studio di un campione di pellicola di alluminato di lantanio su un cristallo di titanato di stronzio, Il gruppo, guidato dal professor Jonathan E. Spanier del Drexel College of Engineering, Andrea M. Rappe, da Penn; Corsia W. Martin, da Berkeley e Xiaoxing Xi di Temple, scoperto che il campione stava iniziando a emettere livelli intensi di luce UV. La riproduzione accurata delle condizioni sperimentali li ha aiutati a capire che le molecole d'acqua potrebbero avere un ruolo nella luce UV emessa dall'interno del materiale.

"Nelle scoperte storiche, questa interfaccia tra due isolanti elettrici ha dimostrato di avere uno stato elettricamente conduttivo, uno che può essere alterato dall'acqua sulla superficie dell'alluminato di lantanio, e mostra anche ordinamento superconduttore e ferromagnetico, " Ha detto Spanier. "Ma questa scoperta è piuttosto notevole perché abbiamo scoperto una reazione chimica in superficie che provoca l'emissione di luce dall'interfaccia all'interno e siamo in grado di spegnerla e riaccenderla. Sorprendentemente, possiamo anche renderlo più forte aumentando la distanza tra le molecole e la superficie e l'interfaccia sepolta, utilizzando ad esempio pellicole più spesse."

Membri del team di Drexel, Berkeley e Temple si sono rivolti ai loro collaboratori teorici della squadra, guidato da Rappe di Penn e da altri ricercatori teorici Fenggong Wang e Diomedes Saldana-Grego, per aiutare a interpretare i risultati.

"La dissociazione dei frammenti d'acqua sulla superficie dell'ossido rilascia elettroni che si spostano verso l'interfaccia sepolta, annullando le cariche ioniche, " ha detto Wang. "Questo mette tutta l'emissione di luce alla stessa energia, dando la nitida fotoluminescenza osservata."

Secondo Rappe, questo è il primo rapporto sull'introduzione di molecole sulla superficie che controllano l'emissione di luce, di qualsiasi colore, da un'interfaccia solido-superficie sepolta.

"Il meccanismo di una molecola che atterra e reagisce, chiamato chemisorbimento dissociativo, come un modo per controllare l'insorgenza e la soppressione della luce è diverso da qualsiasi altro precedentemente riportato, "Ha detto Saldana-Grego.

Il team ha recentemente pubblicato i suoi risultati, sulla rivista dell'American Chemical Society Nano lettere . La carta, dal titolo "luminescenza ultravioletta commutabile chimicamente di superficie da gas di elettroni bidimensionali interfacciali, " descrive il loro metodo per generare e controllare la luminescenza ultravioletta reversibile da un'interfaccia a semiconduttore bidimensionale basata su gas di elettroni. Questo è un processo che hanno studiato a lungo attraverso test fisici dei materiali prodotti dai collaboratori di Cal e Temple, e tramite simulazioni al computer da parte dei gruppi Rappe e Spanier.

"Sospettiamo che il materiale possa essere utilizzato per dispositivi semplici come transistor e sensori. Posizionando strategicamente le molecole sulla superficie, la luce UV potrebbe essere utilizzata per trasmettere informazioni, allo stesso modo in cui la memoria del computer utilizza un campo magnetico per scrivere e riscrivere se stessa, ma con il notevole vantaggio di farlo senza corrente elettrica, "ha detto Mohammad Islam, un assistente professore della State University di New York a Oswego, che era nella squadra di Spanier quando era al Drexel. "La forza del campo UV varia anche con la vicinanza della molecola d'acqua, questo suggerisce che il materiale potrebbe essere utile anche per rilevare la presenza di agenti chimici".

Secondo lo spagnolo, deve essere fatta una ricerca molto più fondamentale, ma questa scoperta può aiutare i ricercatori a capire come interagiscono gli elettroni a queste interfacce, e i limiti di come possono usare le molecole di superficie per controllare l'emissione di luce.