El Departamento de Química de la Universidad de Princeton publica una investigación esta semana que demuestra que un campo magnético aplicado interactuará con la estructura electrónica de un campo magnético débilmente magnético. o diamagnético, moléculas para inducir un efecto de campo magnético que, a su conocimiento, nunca antes ha sido documentado.

Con la aplicación experimental de campos magnéticos de hasta 25 Tesla, Las moléculas con poco magnetismo intrínseco exhiben propiedades ópticas y fotofísicas magnetosensibles, según el periódico, "Las corrientes de anillo modulan las propiedades optoelectrónicas de los cromóforos aromáticos a 25 Tesla, "publicado en el procedimientos de la Academia Nacional de Ciencias ( PNAS ).

Gregory Scholes, el profesor de química William S. Todd, y Bryan Kudisch, un estudiante graduado de quinto año y autor principal del artículo, dijo que el descubrimiento podría permitir a los científicos cambiar fundamentalmente las propiedades electrónicas y fotofísicas de algunas clases de moléculas utilizando el campo magnético como un "mango".

Experimentando con un campo magnético casi 1 millón de veces más fuerte que el de la Tierra, Los investigadores del Grupo Scholes pudieron modificar las propiedades optoelectrónicas de los cromóforos orgánicos no magnéticos modelo. Las modificaciones, según el periódico, surgen de la inducción de corrientes de anillo en las moléculas aromáticas.

"Nadie esperaría que una molécula orgánica sin metal y sin magnetismo intrínseco tuviera un efecto de campo magnético tan obvio, ", dijo Kudisch." Estamos utilizando algunos de los campos magnéticos más grandes generados en la tierra, Eso es justo. Pero al mismo tiempo, estamos viendo algo que nunca antes se había visto. Y luego, para llegar a una explicación adecuada que invoque un efecto de campo magnético que se ve comúnmente en la resonancia magnética nuclear (RMN), a saber, corrientes de anillo aromático, es muy satisfactorio ".

Las corrientes de anillos aromáticos pueden entenderse como la propuesta de que los electrones deslocalizados por aromaticidad se moverán circularmente cuando se aplique un campo magnético perpendicular al plano aromático, típicamente empujando los cambios químicos de los átomos cercanos en la espectroscopia de RMN.

"Esta investigación muestra que este es un fenómeno con implicaciones químicas muy reales, "Kudisch agregó." Aquí, hemos tomado algo que es común en un tipo de espectroscopía y hemos demostrado cómo se transforma de una manera completamente inesperada al usar nuestros métodos espectroscópicos ".

Para el experimento, Los investigadores eligieron un cromóforo aromático modelo llamado ftalocianina, que tiene una estructura molecular similar a la clorofila, el absorbente de luz de la naturaleza, pero con una absorción más fuerte de la luz visible y una mayor estabilidad. Los cálculos de este modelo de compuesto de ftalocianina y sus agregados mostraron una clara, cambios dependientes del campo magnético en la capacidad de la ftalocianina para absorber la luz. Estos resultados marcan los primeros en demostrar cambios dependientes del campo magnético en el espectro de absorción de moléculas diamagnéticas. Pero no fue hasta que los investigadores aplicaron el análogo clásico del solenoide que el experimento se volvió más claro.

Un solenoide es un dispositivo electromagnético que convierte efectivamente la energía eléctrica y magnética utilizando bucles conductores de alambre dispuestos como un resorte. Con su pensamiento basado en el comportamiento de los solenoides, Kudisch dijo:pudieron racionalizar que el aumento de la sensibilidad del campo magnético que estaban observando en los agregados de ftalocianina podría depender de la disposición relativa de los anillos de ftalocianina en el agregado.

"Esto no solo agregó una validación adicional a nuestro soporte computacional, pero también dio crédito a esta idea de corrientes de anillo aromático acopladas:las corrientes de anillo de los cromóforos de ftalocianina vecinos en el agregado tienen una geometría que depende de la amplificación de la sensibilidad del campo magnético, "dijo Kudisch." Como el solenoide. "

Iniciado hace tres años, el proyecto de investigación combinó experimentos utilizando un campo magnético alto y capacidades de espectroscopia ultrarrápida. Parte de esto se realizó con el imán de hélice Split-Florida en la instalación nacional de alto campo magnético en Tallahassee, Florida, que cuenta con el imán más fuerte del mundo para espectroscopía de RMN. Este imán único en su clase puede alcanzar y mantener intensidades de campo magnético de hasta 25 T de una manera completamente resistiva, en sí mismo probablemente el solenoide más poderoso del planeta. Cuando está operativo, el imán utiliza el 2% de la energía de la ciudad.

Scholes señaló que el PNAS El artículo marca la segunda publicación de su grupo a partir del trabajo que utiliza el imán de hélice dividida de Florida, una colaboración que comenzó hace más de ocho años cuando se estaba diseñando el imán. El papel de su grupo era proponer y diseñar el sistema láser ultrarrápido que se conecta al imán.

"Es relativamente fácil obtener campos magnéticos tan altos en un imán de RMN, pero nuestros experimentos requieren que obtenga luz y la ilumine sobre la muestra y luego apague esa luz de alguna manera. Y por eso, necesitábamos el laboratorio en Tallahassee. Es un montón de casi imposibilidades que se unen "dijo Kudisch.

Kudisch dijo que obtener agregados de ftalocianina en forma de nanopartículas orgánicas para sus experimentos era "la parte más simple, "debido a colaboraciones anteriores con el Departamento de Ingeniería Química y Biológica de Princeton. Otros colaboradores en el documento incluyen el Politécnico de Milán, y la Universidad Nacional de Córdoba.

En general, él dijo, la atmósfera "ecléctica" de las investigaciones en el Scholes Lab contribuyó al éxito del proyecto.

"El contexto es, Este laboratorio está pensando en algunos de los problemas más urgentes de la química física en los que nadie pensó y está averiguando si las ideas que se nos ocurren son comprobables. ", dijo Kudisch." Cuando realmente te sumerges en él, lo que nos interesa es qué tan profundo podemos llegar a la madriguera del conejo de la espectroscopia ultrarrápida, y lo que nos puede permitir aprender en una variedad de campos diferentes ".