Fluoreszenz beruht auf der Wirkung des Lichts: Trifft energiereiche Strahlung wie das UV-Licht auf ein Atom oder Molekül, kann es vorkommen, dass ein Teil seiner Energie von den Elektronen des Materials absorbiert wird. Diese springen dadurch kurzzeitig auf eine weiter außen liegende Bahn. Nach kurzer Zeit fallen die Elektronen jedoch auf ihre ursprüngliche Bahn zurück und geben die überschüssige Energie wieder ab. Diese wird als Strahlung frei – das Fluoreszenzleuchten. Typischerweise ist das ausgestrahlte Licht etwas energieärmer als das zuvor eingestrahlte. Das für uns unsichtbare UV-Licht wird daher als sichtbares Licht wieder abgegeben.
Genau dieses Phänomen hat nun ein internationales Forscherteam um Mika Lastusaari von der Universität Turku bei dem Mineral Hackmanit näher untersucht. Dieses kommt natürlicherweise in Afghanistan, Grönland, Kanada und Pakistan vor und erscheint unter normalen Licht in unscheinbarer grauer Färbung. Unter UV-Licht leuchtet es hingegen in blau-violetten Farbtönen.
Bei ihrer Analyse interessierte die Wissenschaftler vor allem, welche Komponenten für die Fluoreszenz dieses natürlichen Minerals verantwortlich sind. Viele Mineralien erhalten ihre Fluoreszenz durch Ionen, die ins Kristallgitter integriert sind und deren Elektronen besonders leicht anregbar sind. Zum Beispiel verdanken in der Natur vorkommende Apatit-Kristalle unter anderem Mangan-Ionen und Ionen von Seltenerd-Metallen ihr Leuchten.
Mithilfe von Experimenten mit UV-Licht und Berechnungen identifizierte das Forscherteam nun auch die Bestandteile, die dem Hackmanit auf diesem Foto seine leuchtende Farbe verleihen. Demnach spielt die Zusammensetzung des Minerals aus Schwefel, Kalium, Titan und Eisen eine entscheidende Rolle.
Anhand ihrer Ergebnisse konnten die Forscher schließlich ein synthetisches Material entwickeln, das sogar deutlich länger fluoresziert als das Vorbild auf unserer Aufnahme. „Die Natur hat bei der Entwicklung von immer effektiver leuchtenden Materialien erheblich geholfen“, erklärt Lastusaari. Die neuen Erkenntnisse sollen auch in Zukunft für die Entwicklung besserer synthetischer Materialien genutzt werden, die bereits heute etwa für selbstleuchtenden Notausgangsschilder eingesetzt werden.
