Wetenschappers ontdekken waarom zilverclusters licht uitstralen

Clusters van zilveratomen die gevangen zitten in zeolieten, een poreus materiaal met kleine kanalen en holtes, hebben opmerkelijke lichtgevende eigenschappen. Ze kunnen bijvoorbeeld gebruikt worden voor efficiŽntere verlichting ter vervanging van LED- en TL-verlichting. Tot nu toe wisten wetenschappers niet hoe het juist komt dat deze deeltjes licht uitstralen. Een interdisciplinair team van fysici en chemici geleid door de KU Leuven heeft nu voor het eerst kunnen aantonen waar deze eigenschappen vandaan komen.†

Zeolieten hebben een zeer rigide en goed gekende structuur. Ze bevatten talrijke kleine kanalen en holtes. In de chemie worden ze gebruikt om bepaalde reacties te stimuleren. Wanneer moleculen ’gevangen’ geraken in de holtes van de zeolieten verliezen ze hun beweeglijkheid en gedragen ze zich anders. Met dit onderzoek konden wetenschappers achterhalen waarom en hoe zilverclusters licht uitstralen wanneer zij gevangen geraken in de kooien van een specifiek type van zeoliet.†

"We hebben een mengsel van zilverclusters bestraald met synchrotron-straling aan de ’European Synchrotron Radiation Facility’ in Grenoble", legt onderzoeker Didier Grandjean uit. "Dit levert allerlei informatie op over de structuur en de eigenschappen van het materiaal, maar met een nieuwe methode hebben we bewust alleen het uitgestraalde licht gemeten. Daardoor weten we zeker dat we enkel kijken naar de specifieke deeltjes die verantwoordelijk zijn voor het licht." Dat levert sluitend bewijs dat alleen clustertjes van vier zilveratomen in de vorm van een tetraŽder omringd met watermoleculen het licht uitstralen (zie blauwe piramide-achtige vorm in de afbeelding).†

"De tetraŽders vormen een eenheid waarin twee elektronen zich vrij kunnen bewegen. Het geheel vormt een superatoom, dit is een structuur die bestaat uit meerdere atomen maar zich gedraagt als ťťn atoom", aldus professor Peter Lievens. "De optische eigenschappen van de clusters worden veroorzaakt door de twee vrije elektronen. Die vallen van een hogere naar een lagere energietoestand, en dat resulteert in een bepaalde schakering van groen licht. Die energieniveaus worden dan weer bepaald door de chemische eigenschappen van het superatoom." Ook deze vaststelling is nieuw en te danken aan een doorgedreven samenwerking tussen onderzoekers in de chemie en de fysica. "Onze experimentele vaststellingen worden bovendien bevestigd door geavanceerde theoretische berekeningen", zegt Peter Lievens.

(lees verder onder de video)

Met deze kennis op zak kunnen de onderzoekers nu gericht de eigenschappen van de zilverclusters gaan aanpassen of nieuwe materialen zoeken met gewenste optische eigenschappen. Het resultaat van dit werk is onder andere van belang voor de studie van het licht en haar toepassingen.

De volledige tekst van de studie "Origin of the bright photoluminescence of few-atom silver clusters confined in LTA zeolites" is gepubliceerd in Science.

Blijf op de hoogte met de KU Leuven-nieuwsmail

De KU Leuven-nieuwsmail bundelt al het nieuws van de KU Leuven.

Abonneren