Jess Vickery traute ihren Augen nicht: Die farblosen Kristalle strahlten ein gelbes Licht aus, sobald sie von der Flüssigkeit aus ihrer Pipette benetzt wurden. Die Chemikerin der Universität von Davis in Kalifornien rief nach ihren Kollegen.
Auch der Leiter der Arbeitsgruppe, Prof. Alan Balch, starrte ungläubig auf die Lichterscheinung. Schließlich bestanden die Kristalle aus einer goldhaltigen Substanz, die den kalifornischen Wissenschaftlern bereits seit über 20 Jahren vertraut war. Und die Flüssigkeit – Dichlormethan – gilt ebenfalls nicht als “magisch”: Dieses organische Lösungsmittel war früher beispielsweise ein Bestandteil von Nagellackentfernern. Wie spätere Versuche zeigten, bringt auch Wasser die Kristalle zum Leuchten – wenn auch schwächer.
Ein Lösungsmittel bringt die Kristalle einer goldhaltigen Substanz zum Leuchten – wenn sie vorher mit UV-Licht bestrahlt wurden. Chemiker nennen das neu entdeckte Phänomen “Solvolumineszenz”.
Des Rätsels Lösung: Vor ihrer Beobachtung hatte Jess Vickery die Kristalle mit UV-Licht bestrahlt. Das blieb zunächst ohne Folgen. Doch die Substanz kann die eingestrahlte Lichtenergie offenbar speichern und gibt sie erst bei dem ersten Tropfen Flüssigkeit wieder frei.
Wenn das gelbe Leuchten nach etwa zehn Sekunden verschwunden ist, kann dieser Energiespeicher nach Trocknung wieder mit UV-Licht aufgeladen werden. Der Vorgang läßt sich beliebig oft wiederholen – eine Eigenschaft, die die Substanz als UV-Licht-Speicher technologisch interessant macht.
Die Substanz könnte auch als Sensor zum Aufspüren von Feuchtigkeit dienen. Doch an solche Anwendungen hatten die Chemiker aus Davis ursprünglich gar nicht gedacht. “Der Zufall hat uns geholfen”, sagt Alan Balch.
Eigentlich war ein anderes Experiment geplant: Weltweit berichten in letzter Zeit Forscher von Goldverbindungen, die lumineszieren – also während oder nach der Anregung durch Licht selbst leuchten. Dieser Effekt findet viele technische Anwendungen, beispielsweise bei Uhren: Die Zeiger leuchten nachts, weil sie sich tagsüber aufgeladen haben.
“Wir wollten wissen, ob unsere schon 20 Jahre bekannte Verbindung ebenfalls luminesziert”, sagt Balch. Zunächst verlief der Test nach Bestrahlen mit UV-Licht erfolglos. Das Routineexperiment erregte erst Aufsehen, nachdem die Wissenschaftler ein Lösungsmittel zutropften – schließlich war der inzwischen als Solvolumineszenz benannte Effekt vorher noch nie beobachtet worden.
Warum die Moleküle, aus denen die Goldverbindung aufgebaut ist, Licht speichern können, kann Balch noch nicht erklären. Sicher ist nur: Bereits kleine Veränderungen am Molekülaufbau löschen den Effekt aus. “Wichtig für die Energiespeicherung ist wohl der Verbund vieler Moleküle”, vermutet Balch.
Jeweils drei Moleküle lagern sich in einer Schicht so aneinander, daß die Goldatome in der Mitte ein Dreieck ausbilden. Die Schichten dieser Dreiecke sind derart gestapelt, daß lange dreieckige Säulen entstehen. Allerdings mit Fehlern: Ein Drittel der Säulen ist so verdreht, daß die Ecken der “goldenen Dreiekke” nicht mehr übereinander liegen.
Wechselwirkungen zwischen den beiden unterschiedlichen Strukturtypen im gleichen Kristall sind vermutlich die Ursache für das Vermögen der Goldverbindung, Energie zu speichern. Wenn eine Flüssigkeit dann die bisher einzigartige Struktur aufbricht, wird das gefangene Licht wieder frei.
Rainer Kurlemann
