”Andning” förklarar ljusinducerad mörkning

Flera material genomgår en reversibel färgförändring eller genomskinlighet när de utsätts för ljus. Denna så kallade fotokromism används ofta för att göra solglasögon som mörknar i solljus. 2011 upptäckte forskare fotokromism i det sällsynta jordartsmetaller innehållande yttriumoxidhydrid (YHO), men mekanismen bakom detta specifika exempel på ljusinducerad mörkning förblev dold. Nu visar José Montero från Uppsala universitet och kollegor att YHO "andas ut" syre under belysning och får det att växla från transparent till svart.

Fotokromism har länge varit känt att förekomma i silverhalogenider och vissa organiska färgämnen. Silverhalogenider, som ofta används i fotokromatiska glasögon, har sin ljusrespons tack vare foton-frigjorda elektroner i kombination med silverjoner. Denna elektronbaserade mekanism tar inte hänsyn till fotokromismen i YHO, så flera forskargrupper har sökt andra förklaringar.

Montero och kollegor träffade på sin andningsmekanism när de studerade YHO-filmer under både luft- och kvävgasmiljöer. Överraskande så blektes filmerna i luft men förblev mörka i kväve. Dessutom fann de att filmerna blev mer hydrofoba vid ljusexponering - medan andra metallföreningar blir mer hydrofila. Genom att sätta ihop detta pussel insåg teamet att ljuset orsakade att en liten del av syreatomer sprids ut ur YHO-kristallgitteret - som de bekräftade med röntgenspektroskopi. De resulterande syreutarmade regionerna absorberar ljus, vilket förklarar YHO: s ljusinducerade mörkare. Processen vänder om när lamporna slocknar - och syre absorberas av materialet.

För fotokromatiska applikationer är YHO mer robust än organiska färgämnen och mer kompatibel med glasglasteknik än silverhalogenider. Av denna anledning förutspår Montero och kollegor att använda YHO-filmer på "smarta" fönster som ändrar färg beroende på vädret utanför.

Denna forskning publiceras i Physical Review Materials.

– Michael Schirber
Michael Schirber är en corresponding editor för fysik baserat i Lyon, Frankrike.

Detta är en översättning av originalartikeln