Los lantánidos enlazados iluminan el campo de la ingeniería cristalina
Los metales de las tierras raras, cuando se unen, pueden actuar como un conducto para el flujo de energía, y son prometedores para el desarrollo de nuevos materiales
Los científicos han conectado dos cristales blandos y han observado la transferencia de energía entre ellos, un hallazgo que podría conducir al desarrollo de materiales sofisticados y sensibles. El estudio, realizado por científicos de la Universidad de Hokkaido (Japón), se ha publicado en la revista Nature Communications.
Una micrografía de luz de los cristales blandos de lantánidos enlazados utilizados en este estudio; el cristal de disprosio está a la izquierda y el de terbio a la derecha.
Pedro Paulo Ferreira da Rosa, et al. Nature Communications. July 5, 2022
Los cristales blandos son sólidos moleculares flexibles con estructuras muy ordenadas. Cuando se les somete a estímulos externos, como el vapor o el roce, sus estructuras moleculares se reordenan y responden cambiando de forma, color o luminiscencia.
"Queríamos saber qué pasaría si fusionáramos cristales blandos a nivel molecular para conectarlos", dice Yasuchika Hasegawa, químico de materiales de la Universidad de Hokkaido y autor principal del estudio. Hasegawa y su equipo utilizaron metales de tierras raras llamados lantánidos, cuyos iones tienen radios igualmente grandes y, por tanto, forman estructuras similares. Los compuestos de lantánidos, de los que existen 15, son interesantes porque pueden emitir luz.
El equipo estudió las estructuras de los cristales de los lantánidos terbio (Tb), que emite luz verde, y disprosio (Dy), que emite luz amarilla. El equipo unió primero los cristales de cada lantánido por separado y observó las estructuras y la transferencia de energía dentro de los compuestos. A continuación, utilizaron esta información para fusionar los cristales de Tb(III) y Dy(III) mediante un enlace de piridina y examinaron la estructura molecular de una transferencia de energía dentro del "tren molecular" fusionado.
Cuando excitaron el extremo de disprosio del tren utilizando luz azul, observaron luminiscencia verde en el extremo opuesto de terbio. Sus cálculos revelaron que la energía se transfirió de un cristal a otro a lo largo de una distancia de 150 micrómetros. "Esta distancia de migración de energía es la más larga registrada en polímeros de coordinación de lantánidos o sistemas complejos", afirma Hasegawa. El extremo de terbio continuó con la luminiscencia durante 0,60 milisegundos.
La conexión de cristales blandos podría conducir a la formación de nuevas estructuras cristalinas que podrían tener aplicaciones en semiconductores, láseres, fibras ópticas e impresión.
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