Nová sloučenina erbia slibuje rychlejší Internet, solární články i lasery

Vědci Arizona State University připravili novou sloučeninu erbia, která má mít v řadě ohledů až neuvěřitelně výhodné vlastnosti: erbium chlorid silikát.

Nová sloučenina erbia slibuje rychlejší Internet, solární články i lasery


Erbium je jedním z kovů vzácných zemin, bez nichž se současný elektronický průmysl neobejde; jsou pokládány za surovinu strategického významu. Největší ložiska těchto prvků jsou dnes známa v Číně, která je také jejich největším producentem.
Erbium emituje fotony o vlnové délce 1,5 mikrometrů a nachází dnes využití především v optických sítích (vláknové lasery). Doping malým množstvím tohoto prvku slouží v internetových a mobilních sítích k zesílení signálu.
V případě nové sloučeniny je jedná o „kombinovaný" krystal s chemickým vzorcem Er3Cl(SiO4)2, tedy podvojnou sůl chloridu a křemičitanu erbitého. Vedoucího výzkumného týmu profesor Ning Zheng uvádí, že by mohla najít uplatnění v počítačích nové generace, ale i u solárních článků, senzorů a osvětlovací techniky. Oproti dosud používaným sloučeninám erbia mají mít nové nanodrátky určité unikátní vlastnosti.
Stávající sloučeniny erbia totiž k zesílení signálu vyžadují přidat prvku relativně velké množství. To nutí k volbě mezi účinností a konstrukčními komplikacemi. Příliš dlouhé drátky se již obtížně integrují v rámci elektronických součástek na jediném čipu a technologie se prodražuje. Nová sloučenina ale obsahuje velký relativní podíl erbia, takže zesilující účinek lze realizovat efektivně. Proč není tak výhodné použít rovnou atomy erbia? Čistý prvek totiž podobně jako ostatní lanthanoidy není příliš stabilní. Naopak sloučeniny erbia s oxidačním číslem 3 jsou velmi stálé a svými vlastnostmi se zhruba podobají sloučeninám hliníku. Problém je i v tom, že pokud se atomy erbia prostě dopují do skla, vznikne materiál nehomogenní a jeho optické vlastnosti se budou měnit místo od místa. Nová sloučenina je na jednu stranu bohatá na erbium, na druhou stranu má pak přesně definované složení.
Kromě optických sítí by nová sloučena erbia mohla najít uplatnění v křemíkových solárních článcích. Křemík není schopen absorbovat záření o vlnových délkách delších než 1,1 mikronů a tato energie se nevyužije (což není zase taková pohroma, protože záření vlnových délek nese relativně menší malé energie). Erbium tady funguje tak, že dva nízkoenergetické fotony převede na jeden o větším obsahu energie (nižší vlnové délce), který pak již křemík dokáže absorbovat. Navíc dokáže fungovat i obráceně – ultrafialové záření přeměňuje na fotony o nižší energii, které se snadněji zpracovávají. V systémech obsahujících organické sloučeniny tak erbium působí jako ochrana, protože příliš energetické fotony mohou komplikovanější struktury zničit (to je ostatně také důvod, proč v přírodě probíhá fotosyntéza především ve viditelné oblasti – nad 400 nm – a zasahuje jen velmi málo do ultrafialové části, asi k 380 nm). Schopnost erbia převádět barvy se používá i pro generování bílého světla v osvětlovací technice.
Nová sloučenina byla podle vědců připravena poprvé spíše náhodou. Splňuje ale hned několik požadavků:
- je stabilní
- obsahuje velké množství „aktivního" erbia
- na rozdíl od křemíku dotovaného erbiem má stabilní chemické složení a tedy stejné vlastnosti v celém drátku/krystalu.
Výzkum finančně podpořilo mj. US Air Force.

Zdroj: ScienceDaily

Poznámka: Futuristickým využitím by bylo zabudovat tuto sloučeninu i do živých buněk, což by výrazně zvýšilo využitelné množství sluneční energie/ukládání oxidu uhličitého.

Úvodní foto: © Brandon Seidel - Fotolia.com










Komentáře