Kluster av silveratomer fångade i zeoliter, ett poröst material med små kanaler och tomrum, har anmärkningsvärda ljusavgivande egenskaper. De kan användas för effektivare belysningstillämpningar som ersättning för LED- och TL-lampor. Tills nyligen, forskarna visste inte exakt hur och varför dessa små partiklar avger ljus. Ett tvärvetenskapligt team av fysiker och kemister under ledning av KU Leuven har nu för första gången visat var dessa egenskaper kommer från.

Zeoliter har en mycket stel och välkänd struktur som innehåller många små kanaler och tomrum. I kemi, de används för att stimulera vissa reaktioner. Molekyler som "fångas" i zeoliternas tomrum förlorar sin rörlighet och börjar bete sig annorlunda. Denna forskning gjorde det möjligt för forskarna att upptäcka varför och hur silverkluster avger ljus när de är inneslutna i burar av en specifik typ av zeolit.

"Vi bestrålade en blandning av silverkluster med synkrotronstrålning vid European Synchrotron Radiation Facility i Grenoble, " förklarar forskaren Didier Grandjean. "Det som är bra med det här är att det ger oss mycket information om materialets struktur och egenskaper. Dock, eftersom vi specifikt ville titta på de optiska egenskaperna, vi använde en ny metod som medvetet bara mätte det utsända ljuset. Den här vägen, vi var säkra på att vi bara tittade på de specifika partiklarna som är ansvariga för ljuset." Forskningen gav avgörande bevis för att endast små kluster av fyra silveratomer i form av en tetraeder och omgivna av vattenmolekyler avger ljus.

"Tetraedrarna bildar en enhet där två elektroner kan röra sig fritt. Detta bildar en så kallad superatom:en struktur som består av flera atomer, men beter sig väldigt mycket som en enda atom, ", säger professor Peter Lievens. "De optiska egenskaperna hos klustren orsakas av de två fria elektronerna. Dessa sönderfaller från en högre till en lägre energinivå, vilket resulterar i en viss nyans av grönt ljus. I tur och ordning, energinivåerna bestäms av superatomens kemiska egenskaper." Denna nya observation kan tillskrivas ett intensivt samarbete mellan forskare inom kemi och fysik. "Dessutom, våra experimentella observationer bekräftas av avancerade teoretiska beräkningar, säger Peter Lievens.

Denna nyvunna kunskap gör att forskarna kan börja modifiera egenskaperna hos silverkluster eller hitta nya material med önskade optiska egenskaper. Resultaten av detta arbete är viktiga för studiet av ljus och dess tillämpningar, bland annat.

Studien publiceras i Vetenskap .