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

Ministr kultury odvolal ředitele Národní galerie a podal trestní oznámení

Generální ředitel Národní galerie Jiří Fajt

Ministr kultury Antonín Staněk odvolal ředitele Národní galerie Praha Jiřího Fajta a Muzea umění Olomouc Michala...

Vondroušová i Muchová dominovaly, Češky v baráži Fed Cupu drtí Kanadu

Markéta Vondroušová slaví s týmovými kolegyněmi druhou výhru Česka v fedcupové...

České tenistky míří za vítězstvím v baráži Fed Cupu s Kanadou, v sobotních dvouhrách neztratily ani set a vedou 2:0....

Nejrychlejší cesta k záchraně. Tenistky zvládly baráž Fed Cupu s Kanadou

RADOST. Týmová jednička Markéta Vondorušová zajistila Češkám třetí bod a...

Rychleji už to snad ani nešlo. České tenistky jasně přehrály v baráži Fed Cupu kanadské reprezentantky 4:0. Rozhodující...

Třetí bod a pak Šafářová? Rád bych ji na kurtu viděl, přiznal Pála

Kapitán českého fedcupového týmu Petr Pála hovoří s Karolínou Muchovou během...

Sobotní vystoupení svých svěřenkyň sledoval kapitán fedcupového týmu Petr Pála s potěšením. Jak Karolína Muchová, tak...

Řidička při objíždění tatry přehlédla čtyřmetrový výkop a sjela do něj

Řidička na Prostějovsku přehlédla čtyřmetrový neoznačený výkop sjela do něj s...

Řidička na Prostějovsku chtěla objet nákladní vůz, nevšimla si ovšem, že auto stojí na stavbě vedle hlubokého výkopu. S...

Další z rubriky

Rodina prchla ze Sudet marně, v Olomouci ji připomínají kameny zmizelých

Uprchlíky ze Sudet připomínají kameny zmizelých

Za účasti izraelského velvyslance Daniela Merona a jeho manželky byly v Olomouci vsazeny před jeden z místních domů...

Olomoucká nemocnice nabídne pacientům pestřejší menu a výběr ze tří jídel

Podobná jídla chce olomoucká fakultní nemocnice nabízet hospitalizovaným...

Nabízet hospitalizovaným pacientům pestřejší, kvalitnější a také zdravější jídla využívající regionální produkce a...

Spartakiádní, kufříkový či estébácký. Muzeum ukazuje gramofony od Tesly

Muzeum gramofonů v Lošticích na Šumpersku má ve sbírce okolo tří stovek těchto...

Všemožné typy gramofonů si lze prohlédnout v novém muzeu v Lošticích na Šumpersku, které mapuje výrobu v již zaniklé...

Najdete na iDNES.cz