También permite múltiples propiedades fotocromáticas en una sola molécula con una única fuente de luz. Estas cualidades los han hecho valiosos en elementos ópticos y holográficos no lineales, microscopía de súper resolución y aplicaciones biomédicas.

La forma más sencilla de lograr fotocromismo no lineal en materiales es mediante la absorción simultánea de dos fotones, pero esto requiere una luz de intensidad extremadamente alta. Para reacciones fotocrómicas no lineales que utilizan luz de baja intensidad, se requieren procesos graduales de dos fotones, pero son difíciles de diseñar porque dependen de especies moleculares de vida extremadamente corta.

Además, los sistemas multifotocrómicos que exhiben reacciones fotoquímicas escalonadas requieren estructuras moleculares complejas. Estas complejidades han limitado las amplias aplicaciones de los compuestos fotocromáticos no lineales en muchos campos.

Otro método importante para inducir fotocromismo no lineal es la aniquilación triplete-triplete (TTA). Requiere tres componentes:un sensibilizador triplete, un aniquilador y un compuesto fotocromático, lo que añade una complejidad significativa. Si una sola molécula puede cumplir estas funciones, se puede lograr un fotocromismo no lineal en sistemas más simples.

En un avance reciente, un equipo de investigadores de Japón, dirigido por el profesor Yoichi Kobayashi del Departamento de Química Aplicada de la Facultad de Ciencias de la Vida de la Universidad de Ritsumeikan, logró un fotocromismo no lineal con luz de baja intensidad utilizando TTA en una sola molécula. P>

El profesor Kobayashi explica:"Las rodamina-espirolactamas pueden desempeñar el papel de compuestos fotocromáticos y sensibilizadores tripletes, lo que aborda la cuestión de la complejidad, y pueden sintetizarse fácilmente a partir de rodamina B y sus análogos. En este estudio, nos centramos en una rodamina-espirolactama derivado que tiene un grupo perileno (Rh-Pe) e investigó sus propiedades fotocrómicas."

Sus hallazgos fueron publicados en la revista Angewandte Chemie International Edition. el 10 de abril de 2024.

En Rh-Pe, la excitación con la luz desencadena una reacción fotocrómica, que conduce a la formación de una estructura de apertura de anillo, llamada forma abierta, que resulta en cambios drásticos en su color. Al estudiar sus propiedades fotocromáticas no lineales, los investigadores descubrieron que la eficiencia del cambio de color del Rh-Pe aumentaba con una luz de mayor intensidad.

Esto significa que la intensidad de la coloración y, por tanto, la cantidad generada de la forma abierta aumenta de forma no lineal con un aumento de la intensidad de excitación. Por ejemplo, al excitarlo con luz de 365 nm de un diodo emisor de luz, Rh-Pe casi no mostró cambios de color. Sin embargo, la excitación con un láser de pulso de nanosegundos de 355 nm de mayor intensidad dio como resultado una coloración significativa, a pesar de que la luz tenía menor energía en total.

Para comprender el origen de estas propiedades fotocromáticas no lineales, los investigadores estudiaron el mecanismo de excitación del Rh-Pe. Descubrieron que cuando se excita directamente con luz ultravioleta (UV) y azul, el Rh-Pe pasa a un estado de transferencia de carga, que luego produce un estado de excitación triplete. Este estado excitado triplete luego sufre TTA, formando una forma abierta de color intenso a través de un estado intermedio.

Este TTA representa la respuesta no lineal a la intensidad de la luz, ya que funciona de manera más eficiente con luz de mayor intensidad. Además, los investigadores demostraron que Rh-Pe también puede exhibir fotocromismo con fotocromismo inducido por luz roja y verde mediante el uso de sensibilizadores triples separados, aunque puede ser excitado directamente por la luz ultravioleta y azul.

"Nuestro novedoso diseño para compuestos fotocromáticos no lineales de fácil síntesis allanará el camino para sus diversas aplicaciones, como la fotolitografía de alta resolución, la impresión 3D y los discos ópticos de alta densidad", afirma el profesor Kobayashi.

"Nuestros resultados ofrecen un enfoque novedoso para el diseño de compuestos fotocromáticos y materiales funcionales con comportamiento no lineal y capacidad de respuesta a longitudes de onda largas que utilizan eficientemente la luz de baja energía".

En general, los hallazgos del estudio ofrecen nuevas vías para desarrollar compuestos fotocromáticos no lineales más simples, allanando el camino para aplicaciones más amplias.