Hackmanite phosphorescent. Crédit :Mika Lastusaari
Des scientifiques de l'Université de Turku, Finlande, ont découvert l'origine de la lueur dans le minéral naturel qui génère une luminescence blanche dans l'obscurité. En étudiant les minéraux naturels, de nouvelles connaissances importantes peuvent être acquises pour le développement de meilleurs matériaux synthétiques.
Matériaux phosphorescents, ou des matériaux avec une rémanence, sont connus de tous au moins grâce aux panneaux de sortie de secours auto-éclairés. Les matériaux avec une rémanence sont également utilisés à diverses autres fins, comme la bio-imagerie.
"Les matériaux utilisés actuellement sont tous synthétiques, et, par exemple, le matériau avec la rémanence verte familière tire son éclat d'un élément appelé europium. La difficulté avec ce genre de matériaux est que même si l'élément désiré qui émet de la luminescence peut leur être ajouté, leurs propriétés de rémanence ne peuvent pas être prédites, " note le professeur d'université Mika Lastusaari, le chef de la recherche en photonique au groupe de recherche sur la chimie des matériaux inorganiques de l'Université de Turku.
Il existe également des minéraux naturels capables de rémanence. L'un de ces minéraux est l'hackmanite que l'on peut trouver en Afghanistan, Groenland, Canada et Pakistan. Cependant, tous les hackmanites ne sont pas capables de briller dans le noir.
« Nous avons mené de nombreuses recherches avec des hackmanites synthétiques et avons pu développer un matériau avec une rémanence nettement plus longue que celle de la hackmanite naturelle. Cependant, les conditions affectant la luminescence n'étaient pas claires jusqu'à présent, " explique la chercheuse postdoctorale Isabella Norrbo du groupe de recherche.
Hackmanite qui montre de la luminescence mais n'a pas de rémanence. La photo de droite a été prise à la lumière UV. Crédit :Mika Lastusaari
"La nature a une vaste expérience dans l'optimisation des minéraux, c'est pourquoi nous avons utilisé des hackmanites naturelles pour étudier l'effet de rémanence, " ajoute le doctorant Sami Vuori du groupe de recherche.
Les minéraux naturels contiennent souvent des compositions complexes et des différences de composition assez importantes selon les conditions dans lesquelles ils se sont formés.
"L'optimisation des matériaux naturels nous donne la possibilité de découvrir comment les hackmanites génèrent l'éclat le plus efficace, ", déclare la doctorante Cecilia Agamah.
Le titane fait briller Hackmanite
L'étude a été réalisée dans le cadre d'une collaboration internationale entre des scientifiques de différents domaines. En plus des chimistes, l'étude a impliqué des minéralogistes, géologues, physiciens, un statisticien et des scientifiques spécialisés dans la modélisation des propriétés des matériaux.
« Grâce à cette vaste collaboration, nous avons pu conclure que les éléments les plus centraux derrière la lueur de la hackmanite naturelle sont le soufre, potassium, titane et fer, et le juste équilibre de leurs concentrations, " dit Mika Lastusaari.
Hackmanite avec une rémanence et une composition extrêmement polyvalente. Photo prise à la lumière UV. Crédit :Mika Lastusaari
En combinant des données expérimentales et informatiques, l'étude a réussi à prouver que le titane brille au cœur de l'hackmanite, et la rémanence est liée au transfert d'électrons dans la bande de conduction.
« Avec ces résultats, nous avons obtenu des informations précieuses sur les conditions affectant la rémanence des hackmanites. Même si la nature ne l'a pas fait, dans ce cas, été capable de former un matériau avec une lueur aussi efficace que dans les matériaux synthétiques, la nature a contribué de manière significative au développement de matériaux incandescents de plus en plus efficaces, " explique Lastusaari.
