Zeldzame aardmetalen kunnen, wanneer ze met elkaar verbonden zijn, fungeren als een kanaal voor de energiestroom en veelbelovend zijn voor de ontwikkeling van nieuwe materialen.

Wetenschappers hebben twee zachte kristallen met elkaar verbonden en de energieoverdracht tussen hen waargenomen - een bevinding die zou kunnen leiden tot de ontwikkeling van geavanceerde, responsieve materialen. De studie, door wetenschappers van de Hokkaido University in Japan, werd gepubliceerd in het tijdschrift Nature Communications .

Zachte kristallen zijn flexibele moleculaire vaste stoffen met sterk geordende structuren. Wanneer ze worden blootgesteld aan externe prikkels, zoals damp of wrijving, worden hun moleculaire structuren opnieuw geordend en reageren ze door van vorm, kleur of luminescentie te veranderen.

"We wilden weten wat er zou gebeuren als we zachte kristallen op moleculair niveau zouden samenvoegen om ze met elkaar te verbinden", zegt Yasuchika Hasegawa, een materiaalchemicus aan de Hokkaido University en hoofdauteur van het onderzoek. Hasegawa en zijn team gebruikten zeldzame aardmetalen, lanthaniden genaamd, waarvan de ionen even grote stralen hebben en daarom vergelijkbare structuren vormen. Lanthanideverbindingen, waarvan er 15 zijn, zijn interessant omdat ze kunnen oplichten.

Het team bestudeerde de structuren van kristallen gemaakt van de lanthanides terbium (Tb), die groen oplicht, en dysprosium (Dy), die geel oplicht. Het team koppelde eerst de kristallen van elk lanthanide afzonderlijk en observeerde de structuren en energieoverdracht binnen de verbindingen. Vervolgens gebruikten ze deze informatie om Tb(III)- en Dy(III)-kristallen samen te voegen via een pyridinebinding en onderzochten ze de moleculaire structuur van een energieoverdracht binnen de samengevoegde 'moleculaire trein'.

Toen ze het dysprosium-uiteinde van de trein met blauw licht opgewonden, zagen ze groene luminescentie aan het tegenovergestelde terbium-uiteinde. Hun berekeningen onthulden dat energie werd overgedragen van het ene kristal naar het andere over een afstand van 150 micrometer. "Deze energiemigratieafstand is de langste gerapporteerde voor lanthanidecoördinatiepolymeren of complexe systemen", zegt Hasegawa. Het terbiumuiteinde bleef gedurende 0,60 milliseconden oplichten.

Het verbinden van zachte kristallen zou kunnen leiden tot de vorming van nieuwe kristalstructuren die toepassingen kunnen hebben in halfgeleiders, lasers, optische vezels en printen. + Verder verkennen

Microstaafjes gemaakt van lanthanoïde organische raamwerken fungeren als optische golfgeleiders op microschaal