Un team del laboratorio Lisa del Cnr di Grenoble e dell’Università di Leuven ha indagato l’origine della luminescenza di molecole d’argento che, se imprigionate in alcuni minerali, le zeoliti, diventano superatomi
Cluster di atomi d’argento rinchiusi in particolari minerali con struttura cristallina, le zeoliti, possiedono notevoli proprietà di emissione luminosa e possono essere utilizzati, ad esempio, come emettitori di luce visibile nelle lampade a Led. L’origine di queste proprietà è stata recentemente dimostrata da un team interdisciplinare di fisici e chimici del Consiglio nazionale delle ricerche e della Katholieke Universiteit (Ku) di Leuven, in collaborazione con l’European synchrotron radiation facility (Esrf) di Grenoble. I risultati della ricerca sono stati pubblicati su Science.
L’equipe di ricercatori ha studiato le zeoliti contenenti cluster d’argento tramite la radiazione di sincrotrone, un tipo di radiazione elettromagnetica generata da elettroni che viaggiano a velocità prossime a quelle della luce. “L’analisi ci ha fornito preziose informazioni sulla struttura e sulle proprietà del minerale. Per esaminare le proprietà ottiche del fenomeno, abbiamo utilizzato un nuovo metodo che misura solo la luce emessa, per essere sicuri di osservare solo le particelle responsabili della luminescenza. Le misure effettuate con questo metodo sperimentale, denominato XEOL, sono state condotte utilizzando la strumentazione disponibile presso il laboratorio Lisa del Cnr, operativo all’Esrf di Grenoble”, spiega Francesco d’Acapito dell’Istituto officina dei materiali del Consiglio nazionale delle ricerche (Cnr-Iom), responsabile del laboratorio ‘Linea italiana per la spettroscopia d’assorbimento x’ del Consiglio nazionale delle ricerche (Lisa-Cnr) e co-autore del lavoro.
Le zeoliti hanno una struttura rigida che ospita numerosi piccoli canali e spazi vuoti e trovano un largo utilizzo, ad esempio, come catalizzatori nei processi di raffinazione del petrolio. Le molecole d’argento vengono ‘catturate’ nelle cavità delle zeoliti, perdono la loro mobilità e iniziano a comportarsi in modo individuale. Lo studio ha permesso agli scienziati di scoprire come i cluster d’argento acquisiscano capacità di fotoluminescenza quando sono racchiusi nelle gabbie di una zeolite.
“La ricerca ha fornito prove che dimostrano come solo piccoli gruppi di quattro atomi d’argento nella forma di un tetraedro e circondati da molecole d’acqua emettano luce”, afferma Didier Grandjean, ricercatore alla Ku-Leuven.
“I tetraedri formano un’unità in cui due elettroni possono muoversi liberamente. Questo dà vita a un cosiddetto super atomo: una struttura composta da diversi atomi, ma che si comporta in modo molto simile a un atomo singolo”, prosegue Peter Lievens, professore alla Ku-Leuven. “Le proprietà ottiche e luminose dei cluster sono causate dai due elettroni liberi. Questi decadono da un livello di energia superiore a un livello inferiore, determinando l’emissione di luce verde. A loro volta, i livelli di energia sono originati dalle proprietà chimiche del super atomo. Queste osservazioni sono state confermate da calcoli teorici avanzati”.
I risultati ottenuti consentiranno ai ricercatori di progettare nuovi materiali basati sui cluster d’argento da utilizzare, per esempio, come sensori o come sorgenti di luce visibile ad alta efficienza. Le applicazioni relative allo studio del fenomeno ottico comprendono anche il settore biomedico, con le tecniche di imaging o il drug delivery.