Cuando se proyecta luz azul sobre el extremo de disprosio de los cristales de lantánidos enlazados (cristal azul), el extremo de terbio (cristal naranja) se ilumina en verde. Esto se asemeja a un tren que transporta energía. Crédito:Pedro Paulo Ferreira da Rosa, et al, Nature Communications , 5 de julio de 2022.
Los metales de 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 conectaron dos cristales blandos y observaron la transferencia de energía entre ellos, un hallazgo que podría conducir al desarrollo de materiales sofisticados y receptivos. El estudio, realizado por científicos de la Universidad de Hokkaido en Japón, fue publicado en la revista Nature Communications .
Los cristales blandos son sólidos moleculares flexibles con estructuras altamente 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 sucedería 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 lo tanto, forman estructuras similares. Los compuestos de lantánidos, de los cuales hay 15, son interesantes porque pueden ser luminiscentes.
El equipo estudió las estructuras de los cristales hechos de los lantánidos terbio (Tb), que se ilumina en verde, y disprosio (Dy), que se ilumina en amarillo. El equipo primero vinculó los cristales de cada lantánido por separado y observó las estructuras y la transferencia de energía dentro de los compuestos. Luego usaron esta información para fusionar cristales de Tb(III) y Dy(III) a través de un enlace de piridina y examinaron la estructura molecular de una transferencia de energía dentro del "tren molecular" fusionado.
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 cristal de terbio está a la derecha. Crédito:Pedro Paulo Ferreira da Rosa, et al. Comunicaciones de la naturaleza . 5 de julio de 2022
Cuando excitaron el extremo de disprosio del tren con luz azul, observaron una luminiscencia verde en el extremo opuesto de terbio. Sus cálculos revelaron que la energía se transfirió de un cristal a otro en una distancia de 150 micrómetros. "Esta distancia de migración de energía es la más larga reportada para polímeros de coordinación de lantánidos o sistemas complejos", dice Hasegawa. El extremo de terbio continuó luminiscente 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. Los microbastones hechos de estructuras orgánicas de lantanoides actúan como guías de ondas ópticas a microescala
