Hành trình Khoa học, Không gian và Thời gian!
Nghiên cứu mới chứng minh rằng một từ trường ứng dụng sẽ tương tác với cấu trúc điện tử của các phân tử từ tính hoặc từ tính yếu để tạo ra hiệu ứng từ trường mà theo hiểu biết của chúng, chưa từng được ghi nhận trước đây. Với ứng dụng thử nghiệm từ trường lên tới 25 Tesla, các phân tử có từ tính nội tại nhỏ thể hiện các tính chất quang và quang nhạy cảm với từ tính.
Khoa Hóa học của Đại học Princeton công bố nghiên cứu trong tuần này chứng minh rằng từ trường ứng dụng sẽ tương tác với cấu trúc điện tử của các phân tử từ tính yếu, hoặc từ tính, để tạo ra hiệu ứng từ trường mà theo hiểu biết của chúng, chưa từng được ghi nhận.
Theo ứng dụng thử nghiệm từ trường lên tới 25 Tesla, các phân tử có từ tính nội tại nhỏ thể hiện các tính chất quang và quang nhạy cảm với từ tính. Theo bài báo, “Dòng điện điều chỉnh tính chất quang điện tử của các nhiễm sắc thể thơm ở 25 Tesla” được công bố trong Kỷ yếu Viện Hàn lâm Khoa học Quốc gia ( PNAS ) – Proceedings of the National Academy of Sciences.
Gregory Scholes, Giáo sư Hóa học William S. Todd và Bryan Kudisch, một sinh viên tốt nghiệp năm thứ năm và là tác giả chính của bài báo cho biết khám phá này có thể cho phép các nhà khoa học thay đổi căn bản tính chất điện tử và quang của một số lớp phân tử bằng cách sử dụng từ trường như một “tay cầm.”
Thử nghiệm với từ trường mạnh hơn gần 1 lần so với Trái đất, các nhà nghiên cứu trong Nhóm Scholes có thể sửa đổi các tính chất quang điện tử của các nhiễm sắc thể hữu cơ không từ tính mô hình. Theo bài báo, các sửa đổi phát sinh từ sự cảm ứng của dòng vòng trong các phân tử thơm.
“Không ai có thể mong đợi một phân tử hữu cơ không có kim loại và không có từ tính nội tại có tác dụng từ trường rõ ràng như vậy”, Kudisch nói. “Chúng tôi đang sử dụng một số từ trường lớn nhất được tạo ra trên trái đất. Nhưng đồng thời, chúng tôi đang thấy một thứ chưa từng thấy trước đây. Và sau đó đưa ra một lời giải thích phù hợp thường gọi hiệu ứng từ trường nhìn thấy trong cộng hưởng từ hạt nhân (NMR), cụ thể là dòng vòng thơm, rất thỏa mãn. “
Dòng vòng thơm có thể được hiểu là đề xuất rằng các electron được định vị bằng độ thơm sẽ chuyển động tròn khi một từ trường được đặt vuông góc với mặt phẳng thơm, điển hình là sự dịch chuyển hóa học của các nguyên tử lân cận trong quang phổ NMR.
“Nghiên cứu này cho thấy đây là một hiện tượng có ý nghĩa hóa học rất thực”, Kudisch nói thêm. “Ở đây, chúng tôi đã lấy một cái gì đó phổ biến trong một loại quang phổ và đã cho thấy nó biến đổi theo cách hoàn toàn bất ngờ trong khi sử dụng các phương pháp quang phổ của chúng tôi.”
Trong thí nghiệm, các nhà nghiên cứu đã chọn một nhiễm sắc thể thơm mô hình gọi là phthalocyanine, có cấu trúc phân tử tương tự diệp lục – chất hấp thụ ánh sáng tự nhiên – nhưng hấp thụ mạnh hơn ánh sáng khả kiến và độ ổn định cao hơn. Các tính toán trên hợp chất phthalocyanine mô hình này và các cốt liệu của nó cho thấy những thay đổi rõ ràng, phụ thuộc vào từ trường đối với khả năng hấp thụ ánh sáng của phthalocyanine. Những kết quả này đánh dấu lần đầu tiên chứng minh sự thay đổi phụ thuộc từ trường vào phổ hấp thụ của các phân tử diamag từ. Nhưng phải đến khi các nhà nghiên cứu áp dụng sự tương tự cổ điển của điện từ thì thí nghiệm đã trở nên rõ ràng.
Một điện từ là một thiết bị điện từ giúp chuyển đổi hiệu quả năng lượng điện và từ bằng cách sử dụng các vòng dây dẫn được bố trí như lò xo. Với suy nghĩ của họ dựa trên hành vi của solenoids, họ có thể hợp lý hóa rằng độ nhạy từ trường tăng mà họ quan sát thấy trong các tập hợp phthalocyanine có thể phụ thuộc vào sự sắp xếp tương đối của các vòng phthalocyanine trong tập hợp.
“Điều này không chỉ bổ sung thêm xác nhận cho hỗ trợ tính toán của chúng tôi, mà còn cho thấy sự tin tưởng vào ý tưởng này về dòng vòng thơm kết hợp – dòng điện vòng của các nhiễm sắc thể phthalocyanine lân cận trong tổng hợp có hình học phụ thuộc vào độ khuếch đại của độ nhạy từ trường,” Kudisch chia sẻ. “Giống như điện từ.”
Khởi xướng ba năm trước, dự án nghiên cứu đã kết hợp các thí nghiệm sử dụng từ trường cao và khả năng quang phổ cực nhanh. Một phần của nó đã được thực hiện với Nam châm Helix Split-Florida tại Cơ sở từ trường cao quốc gia ở Tallahassee, Florida, nơi tự hào là nam châm mạnh nhất thế giới cho quang phổ NMR. Nam châm có một không hai này có thể đạt và duy trì cường độ từ trường lên tới 25 T theo kiểu điện trở hoàn toàn – trong đó có khả năng là loại điện từ mạnh nhất trên hành tinh. Khi hoạt động, nam châm sử dụng 2% năng lượng trong thành phố.
Scholes lưu ý rằng bài báo PNAS đánh dấu ấn phẩm thứ hai của nhóm ông từ công việc sử dụng nam châm xoắn xoắn Florida, một sự hợp tác bắt đầu từ tám năm trước khi nam châm được thiết kế. Vai trò của nhóm ông là đề xuất và thiết kế hệ thống laser cực nhanh kết nối với nam châm.
Thật dễ dàng để có được từ trường cao như vậy trên một nam châm NMR nhưng các thí nghiệm của nhóm yêu cầu chúng ta phải lấy ánh sáng và chiếu nó lên mẫu và sau đó để có được ánh sáng đó bằng cách nào đó. Và vì thế, chúng tôi cần phòng thí nghiệm ở Tallahassee. Một loạt những điều gần như không thể đến được với nhau.
Kudisch nói rằng thu được phthalocyanine dưới dạng hạt nano hữu cơ cho các thí nghiệm của họ là “phần đơn giản nhất”, nhờ vào sự hợp tác trước đây với Khoa Kỹ thuật Hóa học và Sinh học của Princeton. Các cộng tác viên khác trên báo bao gồm Milan Polytechnic, và Đại học Quốc gia Cordoba.
Nhìn chung, bầu không khí “chiết trung” của các cuộc điều tra trong Phòng thí nghiệm Scholes đã góp phần vào sự thành công của dự án.
Bối cảnh là, phòng thí nghiệm này đang suy nghĩ về một số vấn đề cấp bách nhất trong hóa học vật lý mà không ai nghĩ đến và tìm hiểu xem những ý tưởng của các nhà khoa học đưa ra có thể kiểm chứng được không. Khi chúng ta thực sự đi sâu vào nó, điều chúng ta quan tâm là chúng ta có thể đi sâu vào lỗ thỏ của quang phổ cực nhanh như thế nào và điều gì có thể cho phép chúng ta học trong nhiều lĩnh vực khác nhau.
Nguồn truyện:
Tài liệu được cung cấp bởi Đại học Princeton . Bản gốc được viết bởi Wendy Plump. Lưu ý: Nội dung có thể được chỉnh sửa cho kiểu dáng và độ dài.
Tạp chí tham khảo :