Clusters van zilveratomen gevangen in zeolieten, een poreus materiaal met kleine kanalen en holtes, opmerkelijke lichtgevende eigenschappen hebben. Ze kunnen worden gebruikt voor efficiëntere verlichtingstoepassingen als vervanging voor LED- en TL-lampen. Tot voor kort, wetenschappers wisten niet precies hoe en waarom deze kleine deeltjes licht uitstralen. Een interdisciplinair team van natuur- en scheikundigen onder leiding van de KU Leuven heeft nu voor het eerst aangetoond waar deze eigenschappen vandaan komen.

Zeolieten hebben een zeer stijve en bekende structuur met talrijke kleine kanaaltjes en holtes. In de chemie, ze worden gebruikt om bepaalde reacties te stimuleren. Moleculen die 'gevangen' worden in de holtes van de zeolieten verliezen hun mobiliteit en gaan zich anders gedragen. Dankzij dit onderzoek konden de wetenschappers ontdekken waarom en hoe zilveren clusters licht uitstralen wanneer ze zijn ingesloten in de kooien van een specifiek type zeoliet.

"We hebben een mengsel van zilverclusters bestraald met synchrotronstraling in de European Synchrotron Radiation Facility in Grenoble, ", legt onderzoeker Didier Grandjean uit. "Het mooie hiervan is dat het ons veel informatie geeft over de structuur en eigenschappen van het materiaal. Echter, omdat we specifiek naar de optische eigenschappen wilden kijken, we gebruikten een nieuwe methode die bewust alleen het uitgestraalde licht meet. Op deze manier, we waren er zeker van dat we alleen naar de specifieke deeltjes keken die verantwoordelijk zijn voor het licht." Het onderzoek leverde overtuigend bewijs dat alleen kleine clusters van vier zilveratomen in de vorm van een tetraëder en omringd door watermoleculen licht uitzenden.

"De tetraëders vormen een eenheid waarin twee elektronen vrij kunnen bewegen. Dit vormt een zogenaamd superatoom:een structuur bestaande uit meerdere atomen, maar gedraagt ​​zich heel erg als een enkel atoom, ", zegt professor Peter Lievens. "De optische eigenschappen van de clusters worden veroorzaakt door de twee vrije elektronen. Deze vervallen van een hoger naar een lager energieniveau, wat resulteert in een bepaalde tint groen licht. Beurtelings, de energieniveaus worden bepaald door de chemische eigenschappen van het superatoom." Deze nieuwe waarneming kan worden toegeschreven aan een intense samenwerking tussen onderzoekers in de chemie en de natuurkunde. "Bovendien, onze experimentele waarnemingen worden bevestigd door geavanceerde theoretische berekeningen, ’, zegt Peter Lievens.

Deze nieuwe kennis stelt de onderzoekers in staat om de eigenschappen van zilverclusters aan te passen of nieuwe materialen te vinden met de gewenste optische eigenschappen. De resultaten van dit werk zijn belangrijk voor de studie van licht en zijn toepassingen, onder andere.

De studie is gepubliceerd in Wetenschap .