Un descubrimiento inesperado en el laboratorio de química del profesor Arthur Suits podría tener implicaciones para fabricar células solares más eficientes y mejorar las terapias fotodinámicas para el tratamiento del cáncer. y puede contribuir a la investigación de la computación cuántica. En el corazón del descubrimiento está el giro de los electrones. Las moléculas son no magnéticas o magnéticas dependiendo de si dos electrones están emparejados con espines opuestos o no emparejados con los mismos espines. Las moléculas pueden cambiar de formas magnéticas a no magnéticas o viceversa en un proceso llamado voltear un giro, pero Suits dice que el proceso es ineficaz y ocurre lentamente.

"Es bien sabido que si una molécula no magnética absorbe luz, a menudo hace un cambio a la forma magnética, y esa forma vivirá mucho tiempo y poco a poco irá irradiando luz, ", dice." También se sabe que en una reacción química, puedes empezar con formas magnéticas, y cuando reaccionan se vuelven no magnéticos. Pero es un proceso ineficiente que no sucede fácilmente, y generalmente ocurre raramente en reacciones químicas ".

Lo que Suits y su equipo encontraron es que los cambios de espín entre formas magnéticas y no magnéticas pueden ocurrir de manera muy eficiente en el curso de una reacción química, ya que los productos se separan después de la reacción si son dos "radicales":moléculas con al menos un electrón desapareado cada una.

Teoría versus Experimento

"Para mostrar esto, Realizamos un experimento de dispersión en el que dos haces moleculares de reactivos, un oxígeno atómico y las otras alquilaminas, se cruzan dentro de una cámara de vacío para formar productos detectados con un láser, "Trajes dice". Cuando se juntan, forman una molécula intermedia que vive mucho tiempo antes de que se deshaga. La teoría dice que si permanece en la forma magnética inicial, no puede vivir mucho tiempo. El resultado muestra que cambia a no magnético durante la reacción ".

Para resolver el problema, Suits y sus colegas, el becario postdoctoral Hongwei Li y el estudiante de doctorado Alexander Kamasah, colaboró ​​con un colega de la Universidad de Temple, Spiridoula Matsika, profesor de teoría computacional, quien realizó cálculos sofisticados para observar la probabilidad de transiciones de formas magnéticas a no magnéticas. Descubrieron que los giros de giro en esta reacción ocurren mucho más rápido de lo esperado, en solo medio picosegundo, o la mitad de una billonésima de segundo. El aspecto sorprendente es que esto sucede después de que termina la reacción, mientras los productos permanecen juntos.

"Los investigadores ahora sabrán que una vez que estas grandes moléculas comiencen a disociarse, un posible resultado es que pueden cambiar de formas magnéticas a no magnéticas, "Suits dice". Todo el mundo piensa que este es un proceso lento, pero mostramos que no siempre es un proceso lento, y como resultado puede suceder durante una reacción química transitoria ".

Suits y su equipo dicen que comprender este comportamiento es fundamental para campos que van desde la física química hasta la biología química, con aplicaciones en ciencia de materiales, fotónica molecular, fotosensibilizadores, y terapia fotodinámica para el cáncer.

Los fondos para la investigación fueron proporcionados por el Departamento de Energía de EE. UU. la Oficina de Investigación del Ejército, y la Fundación Nacional de Ciencias. El estudio, "Intersystem Crossing in the Exit Channel" se publicó en Química de la naturaleza .