Un poco de humedad perdida durante un experimento alertó a los científicos sobre el extraño comportamiento de un material de óxido complejo que estaban estudiando, arrojando luz sobre su potencial para mejorar los sensores químicos, informática y almacenamiento de información. En presencia de una molécula de agua en su superficie, el material en capas emite luz ultravioleta desde su interior. Un equipo de investigadores de la Universidad de Drexel, la Universidad de Pensilvania, la Universidad de California en Berkeley, y la Universidad de Temple publicaron recientemente su descubrimiento de que es posible controlar la producción de luz ultravioleta a través de una reacción química que funciona como encender un interruptor de luz.

Mientras estudiaba una muestra de película de aluminato de lantano en un cristal de titanato fuerte, el equipo, dirigido por el profesor de la Facultad de Ingeniería de Drexel, Jonathan E. Spanier, Andrew M. Rappe, de Penn; Lane W. Martin, de Xiaoxing Xi de Berkeley y Temple, descubrió que la muestra comenzaba a emitir niveles intensos de luz ultravioleta. La reproducción cuidadosa de las condiciones experimentales les ayudó a darse cuenta de que las moléculas de agua podrían estar desempeñando un papel en la luz ultravioleta que se emite desde el interior del material.

"En descubrimientos emblemáticos, Se ha demostrado que esta interfaz entre dos aislantes eléctricos tiene un estado conductor de electricidad, uno que puede ser alterado por el agua en la superficie del aluminato de lantano, y también exhibe un orden superconductor y ferromagnético, ", Dijo Spanier." Pero este descubrimiento es bastante notable porque descubrimos una reacción química en la superficie que provoca la emisión de luz desde la interfaz interna, y podemos apagarla y volver a encenderla. Asombrosamente, también podemos hacerlo más fuerte aumentando la distancia entre las moléculas y la superficie y la interfaz enterrada, mediante el uso de películas más gruesas, por ejemplo ".

Miembros del equipo de Drexel, Berkeley y Temple recurrieron a sus colaboradores teóricos en el equipo, dirigido por Penn's Rappe y sus colegas investigadores de teoría Fenggong Wang y Diomedes Saldana-Grego, para ayudar a interpretar los resultados.

"La disociación de los fragmentos de agua en la superficie del óxido libera electrones que se mueven a la interfaz enterrada, anulando las cargas iónicas, "Dijo Wang." Esto pone toda la emisión de luz a la misma energía, dando la fotoluminiscencia nítida observada ".

Según Rappe, este es el primer informe de la introducción de moléculas a la superficie que controlan la emisión de luz, de cualquier color, desde una interfaz enterrada de superficie sólida.

"El mecanismo de aterrizaje y reacción de una molécula, llamado quimisorción disociativa, como una forma de controlar el inicio y la supresión de la luz es diferente a cualquier otra reportada previamente, "Dijo Saldana-Grego.

El equipo publicó recientemente sus hallazgos, en la revista American Chemical Society Nano letras . El papel, titulado "Luminiscencia ultravioleta conmutable químicamente en superficie a partir de gas de electrones bidimensionales interfaciales, "describe su método para generar y controlar la luminiscencia ultravioleta reversible a partir de una interfaz semiconductora basada en gas de electrones bidimensionales. Este es un proceso que estudiaron detenidamente a través de pruebas físicas de materiales producidos por colaboradores en Cal y Temple, y mediante simulaciones por ordenador de los grupos Rappe y Spanier.

"Sospechamos que el material podría usarse para dispositivos simples como transistores y sensores. Al colocar moléculas estratégicamente en la superficie, la luz ultravioleta podría usarse para transmitir información, de manera muy similar a como la memoria de una computadora usa un campo magnético para escribir y reescribirse a sí misma, pero con la importante ventaja de hacerlo sin corriente eléctrica, "dijo Mohammad Islam, un profesor asistente de la Universidad Estatal de Nueva York en Oswego, que estaba en el equipo de Spanier cuando estaba en Drexel. "La fuerza del campo UV también varía con la proximidad de la molécula de agua, esto sugiere que el material también podría ser útil para detectar la presencia de agentes químicos ".

Según Spanier, Se deben realizar investigaciones considerablemente más fundamentales, pero este descubrimiento puede ayudar a los investigadores a comprender cómo interactúan los electrones en estas interfaces, y los límites de cómo pueden utilizar las moléculas de la superficie para controlar la emisión de luz.