En naturaleza, muchas moléculas poseen una propiedad llamada quiralidad, lo que significa que no se pueden superponer a sus imágenes de espejo (como una mano izquierda y derecha).

La quiralidad puede influir en la función, impactando la efectividad de un farmacéutico o enzima, por ejemplo, o el aroma percibido de un compuesto.

Ahora, un nuevo estudio está avanzando en la comprensión de los científicos de otra propiedad ligada a la quiralidad:cómo la luz interactúa con los materiales quirales bajo un campo magnético.

Investigaciones anteriores han demostrado que en tal sistema, las formas izquierda y derecha de un material absorben la luz de manera diferente, de formas que se reflejan entre sí cuando la luz que fluye en paralelo a un campo magnético externo cambia de dirección, adoptando un flujo anti-paralelo. Este fenómeno se llama dicroísmo magneto-quiral (MChD).

Desaparecido, sin embargo, de experimentos pasados ​​fue una confirmación de que las observaciones experimentales coinciden con las predicciones hechas por la teoría MChD, un paso necesario para verificar la teoría y comprender los efectos que los científicos han observado.

El nuevo papel que se publicará el 21 de abril en Avances de la ciencia , cambia esto. El estudio fue dirigido por Geert L. J. A. Rikken, Doctor., director del Laboratoire National des Champs Magnétiques Intenses en Francia, y Jochen Autschbach, Doctor., Larkin Professor of Chemistry en la Universidad de Buffalo en los EE. UU. Los primeros autores fueron Matteo Atzori, Doctor., investigador del Laboratoire National des Champs Magnétiques Intenses, y Doctorado en Química de la UB. estudiante Herbert Ludowieg.

"Las primeras predicciones teóricas de MChD para la luz aparecieron en la década de 1980. Desde entonces, se ha informado de un número creciente de observaciones del efecto, pero no fue posible un análisis cuantitativo para confirmar si la teoría subyacente de MChD es correcta, ", Dice Rikken." El nuevo estudio presenta mediciones detalladas en dos sistemas de modelos bien definidos, y cálculos químicos cuánticos avanzados sobre uno de ellos ".

"El equipo del Dr. Rikken hizo la primera observación experimental de MChD en 1997 y desde entonces ha informado sobre otros estudios experimentales del efecto en diferentes sistemas, ", Dice Autschbach". Sin embargo, solo ahora es posible una comparación directa entre un experimento y los cálculos teóricos cuánticos ab-initio, para una verificación de la teoría MChD ".

La investigación se centró en los cristales que consisten en las formas reflejadas de dos compuestos:tris (1, Nitrato de 2-diaminoetano) níquel (II), y tris (1, Nitrato de 2-diaminoetano) cobalto (II). Como explica Autschbach, "la forma molecular del tris (1, El ion 2-diaminoetano) metal (II) en el cristal tiene forma de hélice. Las hélices vienen en pares de imágenes especulares, también, que no se puede superponer ".

El laboratorio de Rikken realizó mediciones experimentales detalladas para ambos sistemas estudiados, mientras que el grupo de Autschbach aprovechó las instalaciones de supercomputación de UB, el Centro de Investigación Computacional, para realizar cálculos de química cuántica desafiantes relacionados con la absorción de luz por el compuesto de níquel (II).

Los resultados, como se explica en el Avances de la ciencia artículo:"Presentamos los espectros experimentales de MChD a baja temperatura de dos cristales paramagnéticos quirales arquetípicos tomados como sistemas modelo, tris (1, Nitrato de 2-diaminoetano) níquel (II) y cobalto (II), para la propagación de la luz paralela o perpendicular al eje c de los cristales, y el cálculo de los espectros de MChD para el derivado de Ni (II) mediante cálculos químicos cuánticos de última generación.

"Al incorporar acoplamiento vibrónico, encontramos una buena concordancia entre el experimento y la teoría, lo que abre el camino para que MChD se convierta en una poderosa herramienta espectroscópica quiral y proporcione conocimientos fundamentales para el diseño químico de nuevos materiales magnetoquirales para aplicaciones tecnológicas ".

Si bien el estudio se encuentra en el ámbito de la ciencia básica, Rikken señala lo siguiente con respecto al potencial futuro de MChD:"Encontramos experimentalmente que (para los materiales que estudiamos), a bajas temperaturas, la diferencia en la transmisión de luz paralela y antiparalela a un modesto campo magnético de 1 Tesla, apenas más de lo que produce un imán de nevera, puede llegar al 10%. Nuestros cálculos nos permiten comprender esto en detalle. El tamaño del efecto y su comprensión detallada ahora abren la puerta a futuras aplicaciones de MChD, que podría abarcar desde diodos ópticos hasta nuevos métodos de almacenamiento de datos ópticos ".