Nieuw licht op lichtgevende zilverclusters in minerale kooitjes.

Alleen clusters van precies vier zilveratomen kunnen licht geven als je ze opsluit in de poriën van een zeoliet. En kwantumchemisch gezien is dat niet zo’n wonder, suggereren Leuvense onderzoekers in Science .

Dat gekooide zilverclusters werken als lichtgevende kwantumdots, was al duidelijk. Door de chemische opbouw van je zeoliet te variëren, kun je de kleur instellen.

Met uv-licht als energiebron kun je het hele spectrum van blauw tot nabij-infrarood creëren. Bovendien blijken ze uiterst stabiel. Een mix die monochroom blauw ledlicht omzet in warm wit, zou je kunnen verwerken in ledlampen ter vervanging van de huidige chemische golflengte-omzetters die minder efficiënt zijn.

Maar het is lastig om in zo’n zeoliet te kijken om vast te stellen hoe groot die clusters zijn. Didier Grandjean, Peter Lievens en collega’s zijn daar nu toch in geslaagd met extended X-ray absorption fine structure (EXAFS) waarbij de röntgenstraling uit het ESRF-synchrotron in Grenoble kwam. Als detectiemethode gebruikten ze X-ray excited optical luminescence (XEOL), een techniek die garandeert dat je alleen atomen

‘ziet’ die daadwerkelijk bijdragen aan het lichteffect.

Als zeoliet diende sodaliet, dat met zilverclusters een groene kleur geeft. En de metingen maken duidelijk dat dit licht uitsluitend afkomstig is van Ag4(H2O)x clusters. Daarbij is X in 66 % van de gevallen gelijk aan 2; bij de overige 34% is het 4, en is de golflengte iets anders. Andere formaten doen niets.

Die vier zilveratomen vormen een tetraëder die je volgens Lievens kunt beschouwen als een ‘superatoom’. Dit gedraagt zich als één groot atoom, voor zover het de elektronenwolk betreft. Die overlapt met die van de omringende zuurstofatomen, en bij excitatie springen elektronen over naar elkaars vrije orbitalen. Theoretische berekeningen bevestigen achteraf dat dit kan kloppen. (AD)