Tudta? Ettől fénylik az arany
Tudta? Ettől fénylik az arany
Az lausanne-i EPFL műszaki egyetem kutatói megalkották az első részletes modellt, amely megmagyarázza a vékony aranyrétegek ragyogását okozó kvantummechanikai hatásokat. Az arany ugyanis elnyeli a fényt, majd ismét kibocsátja azt, ami az úgynevezett lumineszcencia nevű folyamat. Ennek lényege, hogy bizonyos anyagok esetében a nanoszintű elektronok elnyelik, majd kibocsátják a fotonokat, vagyis fényrészecskéket. Az aranyon kívül a szilícium esetében is régóta megfigyelhető a jelenség, amelynek megértése hasznos eszközzé teszi a félvezetőket az elektronikus folyamatok, például a napelemekben lejátszódó folyamatok vizsgálatára. Ennek következtében a közelmúltban végzett tudományos kísérletek áttörést jelenthetnek a napenergiával működő üzemanyagok és akkumulátorok fejlesztésében.
A SciTechDaily cikke szerint a tudósok még 1969-ben felfedezték, hogy valamilyen mértékben minden fém lumineszkál, de az eltelt évek alatt nem sikerült egyértelműen megérteni, hogy ez pontosan hogyan történik. Egészen mostanáig.
„Nagyon jó minőségű fémarany filmeket fejlesztettünk ki, aminek köszönhetően a korábbi kísérletek zavaró tényezői nélkül tisztázhattuk a folyamatot” – mondta Giulia Tagliabue, az EPFL Energetikai Technológiák Nanotudományi Laboratóriumának (LNET) vezetője, aki a csapatával lézersugarakat irányított a rendkívül vékony – 13 és 113 nanométer közötti vastagságú – aranyfilmekre, majd elemezte a keletkező halvány felfénylést. A precíz kísérletekből származó adatok olyan részletesnek bizonyultak, hogy a barcelonai Tudományos és Technológiai Intézet, a Dél-dániai Egyetem és az amerikai Rensselaer Politechnikai Intézet elméleti szakembereivel együttműködve átdolgozták és alkalmazták a kvantummechanikai modellezési módszereket.
A kutatók átfogó megközelítése lehetővé tette, hogy lezárják a filmekből kiinduló lumineszcencia típusa – a fotolumineszcencia – körüli vitát, amelyet az határoz meg, hogy az elektronok és ellentétes töltésű társaik (lyukak) milyen sajátos módon viselkednek a fény hatására. Ez tette lehetővé a számukra, hogy előállítsák e jelenség első modelljét az aranyra, amelyet aztán alkalmazni lehet bármilyen fémre.
„Megfigyeltünk bizonyos kvantummechanikai hatásokat a körülbelül 40 nanométeres filmekben, ami váratlanul ért minket, mert általában egy fém esetében ilyen hatásokat csak jóval 10 nm alatt látunk” – mutatott rá Tagliabue. Hozzátette: ezek a megfigyelések kulcsfontosságú térbeli információkat szolgáltattak arról, hogy pontosan hol zajlott le a fotolumineszcencia-folyamat az aranyban, ami előfeltétele annak, hogy a fémet szondaként lehessen használni. A vizsgálat másik váratlan eredménye az a felfedezés volt, hogy az arany fotolumineszcens (Stokes-) jelét fel lehet használni az anyag saját felületi hőmérsékletének szondázására.
A kutatók úgy vélik, az eredményeik lehetővé teszik, hogy a fémek segítségével eddig soha nem látott részletességű betekintést nyerjenek a kémiai reakciókba, különösen azokba, amelyek az energiakutatásban játszanak szerepet. Az olyan fémek, mint az arany és a réz, képesek bizonyos kulcsfontosságú reakciókat kiváltani, például a szén-dioxid visszaalakítását szénalapú termékekké, vagy a napsugárzást kémiai kötésekben tárolt napenergiává.
„Az éghajlatváltozás elleni küzdelemhez olyan technológiákra lesz szükségünk, amelyekkel a CO2-t így vagy úgy más hasznos vegyi anyagokká alakíthatjuk át. A fémek használata az egyik módja ennek, de ha nem értjük jól, hogyan zajlanak le ezek a reakciók a felületükön, akkor nem tudjuk optimalizálni őket. A lumineszcencia új módot kínál arra, hogy megértsük, mi történik ezekben a fémekben” – mondta Alan Bowman, az LNET kutatója, a tanulmány első szerzője.
(Borítókép: Aranyrudak. Illusztráció: Getty Images)