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 moléculas débilmente magnéticas o diamagnéticas para inducir un efecto de campo magnético que, según su conocimiento, nunca antes había sidodocumentado
Con la aplicación experimental de campos magnéticos de hasta 25 Tesla, las moléculas con poco magnetismo intrínseco exhiben propiedades ópticas y fotofísicas magneto-sensibles, según el documento, "Las corrientes de anillo modulan las propiedades optoelectrónicas de los cromóforos aromáticos a 25 Tesla", publicado en el Actas 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, dijeron que el descubrimiento podría permitir a los científicos cambiar fundamentalmente las propiedades electrónicas y fotofísicas de algunas clases de moléculas medianteusando el campo magnético como un "mango"
Experimentando con un campo magnético casi 1 M 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 documento, surgen de la inducción de corrientes de anilloen las moléculas aromáticas
"Nadie esperaría que una molécula orgánica sin metal y sin magnetismo intrínseco tenga 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 enAl mismo tiempo, estamos viendo algo que nunca antes se había visto. Y luego, encontrar una explicación adecuada que invoque un efecto de campo magnético comúnmente visto en la resonancia magnética nuclear RMN, a saber, las corrientes de anillo aromático, es muy satisfactorio ".
Las corrientes de anillo aromático pueden entenderse como la propuesta de que los electrones deslocalizados por la aromaticidad se moverán circularmente cuando se aplica un campo magnético perpendicular al plano aromático, típicamente empujando los desplazamientos químicos de los átomos cercanos en la espectroscopía de RMN.
"Esta investigación muestra que este es un fenómeno con implicaciones químicas muy reales", agregó Kudisch. "Aquí, hemos tomado algo que es común en un tipo de espectroscopía y hemos demostrado cómo se transforma de una manera completamente inesperada mientras se usanuestros métodos espectroscópicos "
Para el experimento, los investigadores eligieron un modelo de cromóforo aromático llamado ftalocianina, que tiene una estructura molecular similar a la clorofila, el absorbedor de luz natural, pero con una absorción más fuerte de la luz visible y una mayor estabilidad. Los cálculos de este compuesto de ftalocianina modelo ysus agregados mostraron cambios claros y dependientes del campo magnético en la capacidad de la ftalocianina para absorber la luz. Estos resultados son los primeros en demostrar cambios dependientes del campo magnético en el espectro de absorción de las moléculas diamagnéticas. Pero no fue hasta que los investigadores aplicaron el análogo clásico del solenoide.que el experimento se agudizó en claridad.
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, dijo Kudisch, pudieron racionalizar que la mayor sensibilidad del campo magnético que ellosestaban 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, sino que también dio crédito a esta idea de las 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." Al igual que el solenoide ".
Iniciado hace tres años, el proyecto de investigación combinó experimentos utilizando un campo magnético alto y capacidades de espectroscopía ultrarrápida. Parte de esto se realizó con el Imán Split-Florida Helix en la Instalación Nacional de Campo Magnético Alto en Tallahassee, Florida, que cuenta con el mundoEl imán más fuerte para la espectroscopía de RMN. Este imán único en su tipo puede alcanzar y sostener intensidades de campo magnético de hasta 25 T de una manera completamente resistiva, en sí mismo probablemente el solenoide más poderoso del planeta. Cuando esté operativo,el imán usa el 2% del poder en la ciudad.
Scholes notó que el PNAS el papel marca la segunda publicación de su grupo del trabajo usando el imán de hélice dividida de Florida, una colaboración que comenzó hace más de ocho años cuando se diseñó 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 se ilumine y brille sobre la muestra y luego que se saque esa luz de alguna manera. Y para eso, necesitábamos el laboratorio en Tallahassee"Es un montón de casi imposibilidades que se unen", dijo Kudisch.
Kudisch dijo que la obtención de agregados de ftalocianina en forma de nanopartículas orgánicas para sus experimentos era "la parte más simple", debido a colaboraciones previas con el Departamento de Ingeniería Química y Biológica de Princeton. Otros colaboradores en el documento incluyen el Politécnico de Milán y la Universidad Nacionalde Córdoba.
En general, dijo, la atmósfera "ecléctica" de las investigaciones en el Laboratorio de Scholes contribuyó al éxito del proyecto.
"El contexto es que este laboratorio está pensando en algunos de los problemas más apremiantes en la química física en los que nadie ha pensado y averiguar si las ideas que se nos ocurren son comprobables", dijo Kudisch. "Cuando realmente se sumerge enlo que nos interesa es qué tan profundo podemos llegar al agujero del conejo de la espectroscopía ultrarrápida y qué nos puede permitir aprender en una variedad de campos diferentes ".
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Princeton . Original escrito por Wendy Plump. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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