Oamenii de știință din domeniul energiei dezleagă misterul strălucirii aurului

Cercetătorii de la EPFL au dezvoltat primul model cuprinzător al efectelor cuantico-mecanice care stau la baza fotoluminescenței aurului – o descoperire care ar putea conduce la dezvoltarea combustibililor și bateriilor solare.

Luminescența, sau emisia de fotoni de către o substanță expusă la lumină, este cunoscută de sute de ani ca fiind prezentă în materialele semiconductoare precum siliciul.

• Cum și-a salvat Pământul apa de la distrugere totală în urmă cu 4,6 miliarde de ani
• Sonda MAVEN se rotește neputincioasă după ce s-a pierdut contactul

Comportamentul la scară nanometrică al electronilor în momentul în care aceștia absorb și apoi reemit lumina poate spune cercetătorilor foarte multe despre proprietățile semiconductorilor, motiv pentru care aceștia sunt adesea folosiți ca sonde pentru a caracteriza procesele electronice, cum ar fi cele care au loc în interiorul celulelor solare.

În 1969, oamenii de știință au descoperit că toate metalele sunt luminiscente într-o anumită măsură, însă anii care au trecut nu au reușit să ofere o înțelegere clară a modului în care se produce acest lucru.

Interesul reînnoit pentru această emisie de lumină, determinat de aplicații de cartografiere a temperaturii la scară nanometrică și de fotochimie, a reaprins dezbaterea privind originile sale. Dar răspunsul era încă neclar – până acum.

Descoperirea ar putea conduce la dezvoltarea bateriilor solare

,,Am dezvoltat pelicule de aur metalic de foarte bună calitate, ceea ce ne-a pus într-o poziție unică pentru a elucida acest proces fără factorii de confuzie ai experimentelor anterioare”, spune Giulia Tagliabue, șefa Laboratorului de Nanoștiință pentru Tehnologii Energetice (LNET) din cadrul Școlii de Inginerie.

Într-un studiu recent publicat în Light: Science and Applications, Tagliabue și echipa LNET au focalizat fascicule laser asupra unor pelicule de aur extrem de subțiri – între 13 și 113 nanometri – și au analizat apoi strălucirea slabă rezultată.

Datele generate de experimentele lor precise au fost atât de detaliate – și atât de neașteptate – încât au colaborat cu teoreticieni de la Institutul de Știință și Tehnologie din Barcelona, Universitatea din sudul Danemarcei și Institutul Politehnic Rensselaer (SUA) pentru a reface și a aplica metode de modelare mecanică cuantică.

Abordarea cuprinzătoare a cercetătorilor le-a permis acestora să tranșeze dezbaterea legată de tipul de luminescență emanată de filme – fotoluminescența – care este definită de modul specific în care electronii și omologii lor cu sarcină opusă se comportă ca răspuns la lumină. De asemenea, le-a permis să producă primul model complet cantitativ al acestui fenomen în aur, care poate fi aplicat la orice metal.

Un avantaj pentru oamenii de știință

Tagliabue explică faptul că, folosind o peliculă subțire de aur monocristalin produsă cu ajutorul unei tehnici de sinteză noi, echipa a studiat procesul de fotoluminescență pe măsură ce a făcut metalul din ce în ce mai subțire.

Aceste observații au furnizat informații spațiale esențiale despre locul exact în care procesul de fotoluminescență a avut loc în aur, ceea ce reprezintă o condiție prealabilă pentru utilizarea metalului ca sondă. Un alt rezultat neașteptat al studiului a fost descoperirea faptului că semnalul fotoluminescent al aurului ar putea fi folosit pentru a sonda temperatura suprafeței proprii a materialului – un avantaj pentru oamenii de știință care lucrează la scară nanometrică.

Cercetătorii consideră că descoperirile lor vor permite utilizarea metalelor pentru a obține informații detaliate fără precedent despre reacțiile chimice, în special cele implicate în cercetarea în domeniul energiei, scrie EurekAlert.

Metale precum aurul și cuprul – următoarea țintă de cercetare a LNET – pot declanșa anumite reacții cheie, cum ar fi reducerea dioxidului de carbon (CO2) înapoi în produse pe bază de carbon, cum ar fi combustibilii solari, care stochează energia solară în legături chimice.

Vă recomandăm să mai citiți și:

A fost creată o nouă formă de aur și este extrem de ciudată

Prețul petrolului și al aurului a crescut după loviturile asupra Iranului

Nou maxim istoric pentru aur! Ce spun analiștii?

Un laureat al Premiului Nobel pentru Pace a fost condamnat la închisoare