När blått ljus lyser på dysprosiumänden av länkade lantanidkristaller (blå kristall), lyser terbiumänden (orange kristall) grönt. Detta liknas vid ett tåg som transporterar energi. Kredit:Pedro Paulo Ferreira da Rosa, et al, Nature Communications , 5 juli 2022.
Sällsynta jordartsmetaller, när de är sammanlänkade, kan fungera som en kanal för energiflöde och visa lovande för utvecklingen av nya material.
Forskare har kopplat ihop två mjuka kristaller och observerat energiöverföringen mellan dem - ett fynd som kan leda till utvecklingen av sofistikerade, lyhörda material. Studien, gjord av forskare vid Hokkaido University i Japan, publicerades i tidskriften Nature Communications .
Mjuka kristaller är flexibla molekylära fasta ämnen med högt ordnade strukturer. När de utsätts för yttre stimuli, såsom ånga eller gnidning, omordnas deras molekylära strukturer och de svarar genom att ändra form, färg eller luminescens.
"Vi ville veta vad som skulle hända om vi slog samman mjuka kristaller på molekylär nivå för att koppla ihop dem", säger Yasuchika Hasegawa, materialkemist vid Hokkaido University och huvudförfattare till studien. Hasegawa och hans team använde sällsynta jordartsmetaller som kallas lantanider, vars joner har lika stora radier och därför bildar liknande strukturer. Lantanidföreningar, av vilka det finns 15, är intressanta eftersom de kan lysa upp.
Teamet studerade strukturerna hos kristaller gjorda av lantaniderna terbium (Tb), som lyser grönt, och dysprosium (Dy), som lyser gult. Teamet kopplade först ihop kristallerna av varje lantanid separat och observerade strukturerna och energiöverföringen inom föreningarna. De använde sedan denna information för att slå samman Tb(III)- och Dy(III)-kristaller genom en pyridinbindning och undersökte molekylstrukturen för en energiöverföring inom det sammanslagna "molekylära tåget."
Ett ljusmikrofoto av de länkade mjuka lantanidkristallerna som användes i denna studie; dysprosiumkristallen är till vänster och terbiumkristallen till höger. Kredit:Pedro Paulo Ferreira da Rosa, et al. Nature Communications . 5 juli 2022
När de exciterade dysprosiumänden av tåget med hjälp av blått ljus, observerade de grön luminescens i den motsatta terbiumänden. Deras beräkningar visade att energi överfördes från den ena kristallen till den andra över ett avstånd av 150 mikrometer. "Detta energimigreringsavstånd är det längsta som rapporterats för lantanidkoordinationspolymerer eller komplexa system", säger Hasegawa. Terbiumänden fortsatte att luminescensa i 0,60 millisekunder.
Att ansluta mjuka kristaller kan leda till bildandet av nya kristallstrukturer som kan ha tillämpningar i halvledare, lasrar, optiska fibrer och utskrift. + Utforska vidare
