En la vida cotidiana, la combinación de dos líquidos a temperatura moderada no resulta en un líquido más caliente, aunque conceptualmente se pueda pensar en ello como una suma. De manera similar, dos partículas de luz visible no suelen unirse de forma espontánea para formar una partícula de mayor energía. No obstante, un grupo de investigadores ha demostrado que es posible lograr esto mediante un cristal diseñado específicamente para reorganizar la energía y convertir parte de la luz solar en radiación ultravioleta.
Numerosas reacciones químicas esenciales para la industria requieren un impulso energético que la luz visible no puede ofrecer. A pesar de que la exposición excesiva a la radiación ultravioleta puede ser dañina para los seres humanos, esta radiación se utiliza en diversas aplicaciones, como la desinfección de agua, el endurecimiento de resinas en impresoras 3D, la activación de fotocatalizadores y la aceleración de ciertos procesos químicos.
El desafío de la radiación ultravioleta
El principal inconveniente es que solo una pequeña fracción de la radiación solar que llega a la superficie terrestre es ultravioleta. La atmósfera y la capa de ozono filtran gran parte de esta radiación antes de que alcance el suelo. Por esta razón, los científicos han estado investigando durante años maneras de convertir parte de la abundante luz visible en radiación ultravioleta que sea utilizable.
Para abordar este problema, investigadores de la Universidad de Kyushu han desarrollado un cristal orgánico que puede combinar la energía de dos fotones de baja energía para generar uno de mayor energía. Este fenómeno, conocido como conversión ascendente de fotones, no es nuevo, pero durante décadas se ha limitado a funcionar en soluciones líquidas o materiales blandos.
Innovación en la estructura cristalina
La innovación del equipo radica en el diseño de una estructura cristalina que permite llevar a cabo este proceso en estado sólido, evitando las pérdidas energéticas que suelen ocurrir cuando las moléculas están empaquetadas de manera densa. Según se detalla en una publicación en Nature Communications, esta arquitectura facilita que la energía se desplace a través del material sin disiparse rápidamente, lo que ha sido una de las principales limitaciones que han obstaculizado esta tecnología.
“Esto significa que se generan aproximadamente dos fotones UV por cada cien fotones de luz visible absorbidos. Puede parecer poco, pero funciona únicamente con la luz solar natural. La mayoría de los materiales en estado sólido no pueden lograr esto, ni siquiera con una intensidad de luz mucho mayor”, se menciona en un comunicado.
Aunque la eficiencia de este nuevo cristal aún no alcanza los niveles requeridos para aplicaciones comerciales, el avance acerca esta tecnología a formatos que podrían integrarse en dispositivos prácticos en el futuro. En teoría, materiales de este tipo podrían ser utilizados en paneles solares, recubrimientos para ventanas o superficies que aprovechen la luz solar para impulsar procesos de descontaminación, purificación o desinfección.
Más allá de las aplicaciones inmediatas, la fotoconversión ascendente representa una de las estrategias más ambiciosas en la ciencia de materiales contemporánea. En lugar de limitarse a capturar la energía de la luz, los investigadores buscan reorganizarla y concentrarla en formas más útiles. Si la eficiencia de estos sistemas sigue mejorando, podrían abrir la puerta al aprovechamiento de regiones enteras del espectro solar que actualmente permanecen infrautilizadas.
El cristal desarrollado por el equipo japonés no resuelve aún este desafío, pero representa un paso más hacia la posibilidad de transformar energía abundante y dispersa en una herramienta útil para la industria, la química y las tecnologías basadas en la luz.