Undersøgelse giver et detaljeret kig på spændende egenskaber ved kirale materialer

I naturen, mange molekyler besidder en egenskab kaldet chiralitet, hvilket betyder, at de ikke kan overlejres på deres spejlbilleder (som en venstre og højre hånd).

Kiralitet kan påvirke funktionen, påvirker et lægemiddels eller enzyms effektivitet, for eksempel, eller en sammensat opfattet aroma.

Nu, en ny undersøgelse fremmer forskernes forståelse af en anden egenskab, der er knyttet til kiralitet:Hvordan lys interagerer med kirale materialer under et magnetfelt.

Tidligere forskning har vist, at i et sådant system, de venstre- og højrehåndede former af et materiale absorberer lys forskelligt, på måder, der spejler hinanden, når lys, der strømmer parallelt med et eksternt magnetfelt, ændrer retning, vedtagelse af en anti-parallel strøm. Dette fænomen kaldes magneto-chiral dikroisme (MChD).

Mangler, imidlertid, fra tidligere eksperimenter var en bekræftelse på, at eksperimentelle observationer matcher forudsigelser fra MChD -teorien - et nødvendigt skridt i at verificere teorien og forstå de effekter, forskere har observeret.

Det nye papir, som udkommer den 21. april i Videnskab fremskridt , ændrer dette. Undersøgelsen blev ledet af Geert L. J. A. Rikken, Ph.d., direktør for Laboratoire National des Champs Magnétiques Intenses i Frankrig, og Jochen Autschbach, Ph.d., Larkin professor i kemi ved universitetet i Buffalo i USA De første forfattere var Matteo Atzori, Ph.d., en forsker ved Laboratoire National des Champs Magnétiques Intenses, og UB kemi ph.d. elev Herbert Ludowieg.

"De første teoretiske forudsigelser af MChD for lys dukkede op i 1980'erne. Siden da har et stigende antal observationer af effekten er blevet rapporteret, men ingen kvantitativ analyse var mulig at bekræfte, om den underliggende teori om MChD er korrekt, "Rikken siger." Den nye undersøgelse fremsætter detaljerede målinger på to veldefinerede modelsystemer, og avancerede kvantekemiske beregninger på en af ​​dem. "

"Dr. Rikkens team foretog den første eksperimentelle observation af MChD i 1997 og har siden rapporteret andre eksperimentelle undersøgelser af effekten i forskellige systemer, "Autschbach siger." Dog, først nu er en direkte sammenligning mellem et eksperiment og ab-initio kvante teoretiske beregninger blevet mulig, til verifikation af MChD -teorien. "

Forskningen fokuserede på krystaller bestående af de spejlede former af to forbindelser:tris (1, 2-diaminoethan) nikkel (II) nitrat, og tris (1, 2-diaminoethan) kobolt (II) nitrat. Som Autschbach forklarer, "molekylær form af tris (1, 2-diaminoethan) metal (II) ion i krystallen har en propellignende form. Propeller kommer i par spejlbilleder, også, der ikke kan overlejres. "

Rikkens laboratorium foretog detaljerede eksperimentelle målinger for begge undersøgte systemer, mens Autschbachs gruppe udnyttede UB's supercomputere, Center for Computational Research, at udføre udfordrende kvantekemiske beregninger vedrørende lysabsorption af nikkel (II) forbindelsen.

Resultaterne, som forklaret i Videnskab fremskridt papir:"Vi rapporterer de eksperimentelle lavtemperatur MChD-spektre for to arketypiske kirale paramagnetiske krystaller taget som modelsystemer, tris (1, 2-diaminoethan) nikkel (II) og kobolt (II) nitrat, til lys, der formerer sig parallelt eller vinkelret på krystallernes c-akse, og beregning af MChD-spektrene for Ni (II) -derivatet ved hjælp af state-of-the-art kvantekemiske beregninger.

"Ved at inkorporere vibronic -kobling, vi finder god overensstemmelse mellem eksperiment og teori, som åbner vejen for MChD til at udvikle sig til et kraftfuldt kiralt spektroskopisk værktøj og giver grundlæggende indsigt i det kemiske design af nye magnetokirale materialer til teknologiske anvendelser. "

Mens undersøgelsen er inden for den grundlæggende videnskab, Rikken noterer sig følgende med hensyn til det fremtidige potentiale for MChD:"Vi finder eksperimentelt, at (for de materialer vi studerede), ved lave temperaturer, forskellen i lystransmission parallel og anti-parallel til et beskedent magnetfelt på 1 Tesla, næppe mere end hvad en køleskabsmagnet producerer, kan være så højt som 10%. Vores beregninger giver os mulighed for at forstå dette i detaljer. Effektens størrelse og dens detaljerede forståelse åbner nu døren for fremtidige applikationer af MChD, som kan variere fra optiske dioder til nye metoder til optisk datalagring. "