Vědci odhalili nový způsob řízení vlastností molekul supertenkou tuhou

  14:58aktualizováno  14:58
Objev, který může najít využití v medicíně, nanoelektronice i dalších oblastech, si připsali čeští vědci, z nichž část bádá v olomouckém Regionálním centru pokročilých technologií a materiálů. Jde o novou metodu, jíž je možné dosáhnout změn vlastností molekul, které byly dosud proveditelné jen s pomocí technologicky náročných postupů.

Znázornění struktury grafenu, supertenké formy uhlíku. | foto: AlexanderAlUS CC-BY-SACreative Commons

O možnost opakovaně měnit elektronickou strukturu molekul a jejich magnetické vlastnosti se vědci z celého světa zajímají již několik desítek let, neboť to lze využít v široké škále oborů.

„Takové přepínání z jednoho magnetického stavu do druhého je s ohledem na malou velikost molekul obtížné, ale zároveň velmi důležité pro vývoj budoucích molekulárních počítačů,“ nastínil Pavel Jelínek z Regionálního centra pokročilých technologií a materiálů (RCPTM) Univerzity Palackého a Fyzikálního ústavu Akademie věd České republiky.

Molekulární počítače jsou zjednodušeně řečeno přístroje, v nichž není žádná elektronika, a dokonce ani nepotřebují k provozu elektřinu. Jde o molekuly ponořené v živném roztoku, které ovšem dokážou provádět předem dané operace. Může jít o matematické úkony nebo třeba odhalení určitých látek v lékařském laboratorním vzorku indikujících třeba počáteční stadium nemoci.

Elektrické, optické či magnetické vlastnosti molekul, ale i jejich biologická aktivita jsou určeny uspořádáním elektronů, jež se v molekulách pohybují po přesně daných dráhách, takzvaných orbitalech.

Molekuly obsahující orbitaly obsazené pouze jedním nepárovým elektronem vykazují magnetické vlastnosti, naopak molekuly, které mají ve všech orbitalech dva spárované elektrony, jsou nemagnetické.

Doposud se k přepínání využívaly metody založené na vnějších zdrojích, jako světlo, teplota, tlak nebo magnetické pole, což vyžadovalo technologicky náročnou přípravu.

Vlastnosti molekul je možné přepínat tam a zase zpět

Čeští vědci šli odlišnou cestou. „Použili jsme atomární vrstvu tuhy – grafenu, v jehož struktuře jsou některé atomy uhlíku nahrazeny dusíkem. Změnou polohy molekuly lze přecházet z magnetického stavu na čistém grafenu do nemagnetického v oblastech dusíkových atomů,“ popsal Jelínek.

Vědcům se navíc podle něj poprvé podařilo tyto změny uspořádání elektronů v molekule pozorovat, a to s pomocí mikroskopu atomárních sil. To samo o sobě představuje velký posun v možnostech rozlišení mikroskopických zobrazovacích technik.

Nově vyvinutá metoda měnění vlastností molekul je založená na využití slabých, takzvaných nekovalentních interakcí, o nichž se doposud jako o možném zdroji pro vyvolání změny magnetického stavu molekuly neuvažovalo.

„Kombinací teoretických výpočtů i experimentálních měření jsme potvrdili, že nekovalentní interakce mezi atomy železa a dusíku je dostatečně silná pro vyrušení magnetismu a současně dostatečně slabá, aby umožnila opětovný přechod molekuly zpět do magnetického stavu,“ shrnul světově uznávaný odborník na nekovalentní interakce Pavel Hobza, který kromě RCPTM působí i v Ústavu organické chemie a biochemie Akademie věd.

Olomoucké vědecké centrum s využitím grafenu sklízí úspěchy

Objev, o kterém nedávno informoval i prestižní vědecký časopis Nature Communications, má potenciál využití v řadě oblastí.

„Elektronická struktura ovlivňuje nejen magnetické, ale i optické, katalytické, elektrické nebo biologické vlastnosti molekul. Chemicky upravený grafen by tak mohl sloužit k vývoji nových optických senzorů, fotoluminiscenčních materiálů (materiálů, jež mohou samovolně zářit po vystavení elektromagnetickému záření, třeba světlu – pozn. red.), katalyzátorů nebo léčiv,“ uzavřel ředitel RCPTM Radek Zbořil.

Olomoucké centrum se práci s grafenem a jeho možným využitím věnuje dlouhodobě a má díky tomu na kontě několik výrazných úspěchů. Letos například publikovalo objev nového materiálu pro výrobu takzvaných superkondenzátorů, který může přinést velký pokrok ve vývoji efektivnějších úložišť elektrické energie.

Základem je tamními vědci před sedmi lety objevený nejtenčí izolant na světě, okem neviditelný fluorografen, v jehož struktuře je na každý uhlík navázán atom fluoru. Loni zase centrum díky využití grafenu jako první na světě vyrobilo nekovový magnet.

Nejčtenější

V den útoku na Kvitovou musel být na stavbě, tvrdí kolega obžalovaného

Obžalovaného Radima Žondru přivádí ke Krajskému soudu v Brně, který se zabývá...

Brněnský krajský soud pokračuje v projednávání případu napadení tenistky Petry Kvitové. Obžalovaným je Radim Žondra,...

Olomoucký elektrobus je až příliš moderní, cestujícím v rukavicích neotevře

V pravidelném provozu olomoucké městské hromadné dopravy začal sloužit první...

Nečekaný zádrhel řeší olomoucký dopravní podnik. Někteří cestující mají v těchto dnech problém dostat se do nového...

Zničená stopa či mrtvý divočák. Jeseníky zažívají spory běžkařů s myslivci

Ilustrační snímek

Na jedné straně myslivci, kteří v lesích hospodaří a loví, na druhé straně běžkaři, kteří chtějí mít na lesních cestách...

Moravské derby ovládla Kometa, Olomouc doma porazila po nájezdech

Souboj o kotouč mezi Tomášem Bartejsem z Brna (vlevo) a olomouckým Davidem...

Předehrávka 42. kola hokejové Tipsport extraligy proti sobě po dvou týdnech postavila znovu Brno a Olomouc. I tentokrát...

Noční ulicí zněla rozbrušovačka, zloději kradli katalyzátor z felicie

Zloději uřezali rozbrušovačkou v jedné z olomouckých ulic ze zaparkované...

O tom, že ani vlastnictví výrazně staršího auta není zárukou nezájmu zlodějů, se přesvědčil majitel Škody Felicie. Svůj...

Další z rubriky

Hledaný muž v ženských šatech prchal 14 hodin kanály až do vyčerpání

Hledaný muž převlečený za ženu se dal před policisty na útěk nejdříve potokem a...

Náročné pronásledování, které se nakonec změnilo spíš v záchrannou akci, absolvovali v úterý policisté s hasiči v...

Při požáru rodinného domu na Olomoucku zemřela seniorka, našli ji hasiči

Hasiči vyslaní k požáru rodinného domu ve Velkém Týnci na Olomoucku našli...

Při požáru, který se rozhořel v pondělí v jedné z místností staršího rodinného domu ve Velkém Týnci na Olomoucku,...

Kamion urazil na přejezdu varovná světla a ujel, policie hledá svědky

Neznámý řidič dodávky či náklaďáku urazil na železničním přejezdu na kraji...

Policisté z Prostějova pátrají po řidiči, který na tamním železničním přejezdu při otáčení kamionu poničil...

Najdete na iDNES.cz