12.10 : Fotoluminiscencia: fluorescencia y fosforescencia

La fotoluminiscencia es un proceso en el que una molécula absorbe energía luminosa y la vuelve a emitir en forma de luz. Este fenómeno ocurre cuando una sustancia absorbe fotones, lo que hace que sus electrones pasen a estados excitados de mayor nivel energético, seguido de un proceso de relajación en el que los electrones vuelven a sus niveles de energía originales del estado fundamental y emiten luz. La fotoluminiscencia se observa ampliamente en diversos materiales, incluidos semiconductores y compuestos orgánicos e inorgánicos.

Un par de electrones en un estado de espín singlete ocupan el mismo estado fundamental electrónico con espines opuestos, mientras que un estado excitado triplete ocurre cuando el espín de un electrón ya no está emparejado con el del estado fundamental. Existen dos tipos principales de fotoluminiscencia según los estados de espín del electrón involucrados: fluorescencia y fosforescencia.

La fluorescencia es un tipo de fotoluminiscencia que se caracteriza por un tiempo de decaimiento rápido, que normalmente varía de nanosegundos a microsegundos. En la fluorescencia, los estados excitado y fundamental tienen la misma multiplicidad de espín electrónico, lo que significa que el espín del electrón permanece inalterado durante la transición. El proceso implica transiciones singlete-singlete, donde tanto el estado excitado como el fundamental son estados singlete donde todos los electrones están apareados.

La fosforescencia es otro tipo de fotoluminiscencia que se caracteriza por tiempos de decaimiento significativamente más largos, que van desde milisegundos hasta minutos. En la fosforescencia, los estados excitado y fundamental tienen diferentes multiplicidades de espín electrónico. El proceso implica transiciones triplete-singlete, donde el estado excitado es un estado triplete (dos electrones desapareados con espines paralelos) y el estado fundamental es un estado singlete. Estas transiciones son "de espín prohibido", lo que significa que el espín del electrón debe cambiar durante la transición.

Tanto la fluorescencia como la fosforescencia se pueden utilizar en diversas aplicaciones, como sensores ópticos, bioimagen y diodos orgánicos emisores de luz. Los espectros de fotoluminiscencia se registran midiendo la intensidad de la radiación emitida en relación con la longitud de onda de excitación o la longitud de onda de emisión. Los espectros de excitación se obtienen monitoreando la emisión a una longitud de onda fija mientras se varían las longitudes de onda de excitación. Los espectros de emisión se obtienen utilizando una longitud de onda fija para excitar las moléculas.