Quando a luz azul brilha na extremidade de disprósio dos cristais de lantanídeos ligados (cristal azul), a extremidade do térbio (cristal laranja) brilha em verde. Isso é comparado a um trem transportando energia. Crédito:Pedro Paulo Ferreira da Rosa, et al, Nature Communications , 5 de julho de 2022.
Metais de terras raras, quando ligados, podem atuar como um canal para o fluxo de energia e se mostram promissores para o desenvolvimento de novos materiais.
Os cientistas conectaram dois cristais moles e observaram a transferência de energia entre eles – uma descoberta que pode levar ao desenvolvimento de materiais sofisticados e responsivos. O estudo, realizado por cientistas da Universidade de Hokkaido, no Japão, foi publicado na revista
Nature Communications .
Cristais moles são sólidos moleculares flexíveis com estruturas altamente ordenadas. Quando são submetidos a estímulos externos, como vapor ou fricção, suas estruturas moleculares são reordenadas e respondem mudando de forma, cor ou luminescência.
"Queríamos saber o que aconteceria se fundíssemos cristais moles no nível molecular para conectá-los", diz Yasuchika Hasegawa, químico de materiais da Universidade de Hokkaido e principal autor do estudo. Hasegawa e sua equipe usaram metais de terras raras chamados lantanídeos, cujos íons têm raios igualmente grandes e, portanto, formam estruturas semelhantes. Os compostos de lantanídeos, dos quais existem 15, são interessantes porque podem ter luminescência.
A equipe estudou as estruturas de cristais feitos de lantanídeos térbio (Tb), que brilha em verde, e disprósio (Dy), que brilha em amarelo. A equipe primeiro ligou os cristais de cada lantanídeo separadamente e observou as estruturas e a transferência de energia dentro dos compostos. Eles então usaram essa informação para fundir os cristais de Tb(III) e Dy(III) através de uma ligação de piridina e examinaram a estrutura molecular de uma transferência de energia dentro do "trem molecular" fundido.
Uma micrografia de luz dos cristais moles de lantanídeos ligados usados neste estudo; o cristal de disprósio está à esquerda e o cristal de térbio está à direita. Crédito:Pedro Paulo Ferreira da Rosa, et al. Comunicação da Natureza . 5 de julho de 2022
Quando excitaram a extremidade disprósio do trem usando luz azul, observaram luminescência verde na extremidade oposta do térbio. Seus cálculos revelaram que a energia foi transferida de um cristal para o outro a uma distância de 150 micrômetros. "Esta distância de migração de energia é a mais longa relatada para polímeros de coordenação de lantanídeos ou sistemas complexos", diz Hasegawa. A extremidade do térbio continuou a luminescência por 0,60 milissegundos.
A conexão de cristais moles pode levar à formação de novas estruturas cristalinas que podem ter aplicações em semicondutores, lasers, fibras ópticas e impressão.
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