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

Hejna čápů se na cestě do Afriky zastavila na Moravě. Kvůli hrabošům

Obrovská hejna čítající až 200 čápů obsadila v těchto dnech pole na střední...

Obrovská hejna čítající až 200 čápů obsadila v těchto dnech pole na střední Moravě. Důvodem jsou přemnožení hraboši,...

Komunisté dělali z namibijských dětí Čechy, návrat do Afriky řada nezvládla

Vojenský ranní nástup namibijských dětí na zámku v Bartošovicích na severní...

Africké uprchlické tábory, válka, socialistické Československo i dnešní Česká republika a daleká Namibie. To jsou...

Politik, šéf firmy, analytik. Zvládám to, hájí Vrána z ANO funkce i platy

Petr Vrána z hnutí ANO je poslancem, náměstkem hejtmana, přerovským radním a...

Celkem pět placených funkcí zastává podle svého nejnovějšího majetkového přiznání náměstka hejtmana Olomouckého kraje...

Vraždu dítěte v Přerově odhalil výjezd k jeho matce křičící o Satanovi

Ilustrační snímek

Třetím dnem vyšetřují kriminalisté případ násilné smrti tříleté dívky, která byla nalezena ve středu v jednom z...

PONEDĚLNÍK: Přichází Vrbův pád, nebo Plzeň zase zvedne?

Plzeňský trenér Pavel Vrba pozoruje utkání třetího předkola Evropské ligy v...

Vypadli z předkola Ligy mistrů i Evropské ligy a v domácí soutěži tápou. Naposledy jen remizovali v Teplicích, hra...

Další z rubriky

Žalobce žádá pro dva správce skladů lihové mafie tři a devět let vězení

Krajský soud v Olomouci začal projednávat případ posledních dvou mužů...

Poslední dva dosud souzené muže z hlavní větve kauzy lihové mafie, správce nemovitostí Ivana Kováříka a Tomáše...

Farmářka ze Šumperska byla bez peněz, třicet krav nechala pojít hladem

Zanedbaný skot na farmě obviněné chovatelky ze Šumperska, která pro své stádo...

Přes třicet zvířat uhynulo chovatelce skotu ze Šumperska, která pro své stádo nezajistila dostatek krmiva. Původně v...

Ulicemi Uničova znělo dunění padajících stromů, bouřka jich smetla desítky

Bouřka provázená hustým deštěm a velmi silným větrem polámala či vyvrátila v...

Chvíle plné obav prožili během noci na středu probuzení obyvatelé několika ulic Uničova na Olomoucku během velmi silné...

Domácí násilí: Soud chce vyšší tresty, pokud k němu dochází před dětmi
Domácí násilí: Soud chce vyšší tresty, pokud k němu dochází před dětmi

Fyzické i psychické násilí v přítomnost dětí může mít ještě větší dopad, než tomu bylo doposud. Násilník se totiž nedopouští trestného činu pouze na partnerovi, ale také na nezletilých. Jaké následky může domácí násilí mezi partnery na dětech zanechat?

Najdete na iDNES.cz