Hvad kan man opdage i krydsfeltet mellem fysik og kemi?

Tomsk State University-forskeren Rashid Valiev og kolleger fra universiteterne i Helsinki og Oslo har opdaget en ny kategori af sjældne molekyler, hvis egenskaber kan kontrolleres ved at ændre induktionen af ​​et eksternt magnetfelt. Disse er paramagnetiske molekyler fra klassen porphyriner. Porphyriner er til stede i hæmoglobin og klorofyl og er tæt beslægtet med processerne for fotosyntese og respiration i levende organismer.

Resultaterne af undersøgelsen blev offentliggjort i tidsskriftet Kemisk kommunikation fra Royal British Chemical Society.

Åbne paramagnetiske porphyriner med en lukket elektronskal er meget sjældne molekyler, fordi de har en bestemt elektronisk struktur. Som regel, molekyler med en sådan struktur er meget ustabile; åbne porfyriner, derimod er ret stabile. Dette gør det muligt at manipulere deres fysisk-kemiske egenskaber med et eksternt magnetfelt i magnetoptik og nanoteknologi.

Siden 2012 har en gruppe videnskabsmænd, som omfatter en adjunkt ved TSU, har studeret den aromatiske natur af porphyriner og deres derivater. Aromaticitet er en særlig egenskab ved nogle kemiske forbindelser til at udvise unormalt høj stabilitet. Det er et vigtigt begreb i teoretisk kemi og er tæt forbundet med problemet med at klassificere og arrangere organiske molekyler efter deres reaktivitet. Imidlertid, videnskabsmænd definerer det ved hjælp af fysik. I særdeleshed, de beregner magnetisk inducerede strømme i molekylerne.

"For mig, det har altid været interessant for fysikeren at forbinde vores strømme og begrebet aromaticitet med molekylers spektroskopiske eller fysiske egenskaber, " siger Rashid Valiev. "Dette blev gjort i 2017 for stærkt antiaromatiske porphyriner. Sådanne molekyler kan bruges i magnetoptiske problemer, hvor styringen af ​​molekylers fysiske egenskaber bruges ved at ændre induktionen af ​​et eksternt magnetfelt. Den grundlæggende betydning af vores resultat er, at vi forklarede arten af ​​disse molekylers paramagnetisme."

Ved hjælp af teoretiske metoder inden for kvantekemi, Valiev og hans kolleger fra universiteterne i Helsinki og Oslo studerede de magnetiske egenskaber af syv molekyler af isofloriner og carbaporphyriner, både syntetiseret og hypotetisk. De viste, at fire af de syv molekyler udviser paramagnetisme, og deres spin er nul i den elektroniske jordtilstand, hvilket er et yderst sjældent tilfælde.