In de natuur, veel moleculen hebben een eigenschap die chiraliteit wordt genoemd, wat betekent dat ze niet op hun spiegelbeelden kunnen worden gelegd (zoals een linker- en rechterhand).

Chiraliteit kan de functie beïnvloeden, de effectiviteit van een geneesmiddel of enzym beïnvloeden, bijvoorbeeld, of het waargenomen aroma van een verbinding.

Nutsvoorzieningen, een nieuwe studie bevordert het begrip van wetenschappers van een andere eigenschap die verband houdt met chiraliteit:hoe licht interageert met chirale materialen onder een magnetisch veld.

Eerder onderzoek heeft aangetoond dat in een dergelijk systeem, de links- en rechtshandige vormen van een materiaal absorberen licht verschillend, op manieren die elkaar spiegelen wanneer licht dat evenwijdig aan een extern magnetisch veld stroomt van richting verandert, het aannemen van een anti-parallelle stroom. Dit fenomeen wordt magneto-chiraal dichroïsme (MChD) genoemd.

Missend, echter, uit eerdere experimenten was een bevestiging dat experimentele waarnemingen overeenkomen met voorspellingen van de MChD-theorie - een noodzakelijke stap in het verifiëren van de theorie en het begrijpen van de effecten die wetenschappers hebben waargenomen.

Het nieuwe papier, die op 21 april wordt gepubliceerd in wetenschappelijke vooruitgang , verandert dit. Het onderzoek werd geleid door Geert L.J.A. Rikken, doctoraat, directeur van het Laboratoire National des Champs Magnétiques Intenses in Frankrijk, en Jochen Autschbach, doctoraat, Larkin hoogleraar scheikunde aan de universiteit van Buffalo in de VS. De eerste auteurs waren Matteo Atzori, doctoraat, een onderzoeker aan het Laboratoire National des Champs Magnétiques Intenses, en UB scheikunde Ph.D. leerling Herbert Ludowieg.

"De eerste theoretische voorspellingen van MChD voor licht verschenen in de jaren tachtig. Sindsdien een toenemend aantal waarnemingen van het effect is gemeld, maar er was geen kwantitatieve analyse mogelijk om te bevestigen of de onderliggende theorie van MChD correct is, " zegt Rikken. "De nieuwe studie brengt gedetailleerde metingen naar voren op twee goed gedefinieerde modelsystemen, en geavanceerde kwantumchemische berekeningen op een van hen."

"Het team van Dr. Rikken deed de eerste experimentele waarneming van MChD in 1997 en heeft sindsdien andere experimentele onderzoeken naar het effect in verschillende systemen gerapporteerd, ", zegt Autschbach. "Echter, pas nu is een directe vergelijking tussen een experiment en ab-initio kwantumtheoretische berekeningen mogelijk, voor een verificatie van de MChD-theorie."

Het onderzoek richtte zich op kristallen bestaande uit de gespiegelde vormen van twee verbindingen:tris(1, 2-diaminoethaan)nikkel(II)nitraat, en tris(1, 2-diaminoethaan)kobalt(II)nitraat. Zoals Autschbach uitlegt, "de moleculaire vorm van de tris(1, 2-diaminoethaan)metaal(II)-ion in het kristal heeft een propellerachtige vorm. Propellers komen in spiegelbeelden, te, dat kan niet worden gesuperponeerd."

Rikken's lab heeft gedetailleerde experimentele metingen gedaan voor beide systemen die zijn bestudeerd, terwijl de groep van Autschbach gebruikmaakte van de supercomputerfaciliteit van UB, het Centrum voor Computationeel Onderzoek, uitdagende kwantumchemische berekeningen uitvoeren met betrekking tot lichtabsorptie door de nikkel(II)-verbinding.

De resultaten, zoals uitgelegd in de wetenschappelijke vooruitgang paper:"We rapporteren de experimentele MChD-spectra bij lage temperatuur van twee archetypische chirale paramagnetische kristallen als modelsystemen, drie(1, 2-diaminoethaan)nikkel(II) en kobalt(II)nitraat, voor licht dat zich evenwijdig aan of loodrecht op de c-as van de kristallen voortplant, en de berekening van de MChD-spectra voor het Ni(II)-derivaat door state-of-the-art kwantumchemische berekeningen.

"Door vibronische koppeling op te nemen, vinden we een goede overeenkomst tussen experiment en theorie, wat de weg vrijmaakt voor MChD om zich te ontwikkelen tot een krachtig chiraal spectroscopisch hulpmiddel en fundamentele inzichten te verschaffen voor het chemisch ontwerp van nieuwe magnetochirale materialen voor technologische toepassingen."

Hoewel de studie zich op het gebied van de basiswetenschap bevindt, Rikken merkt het volgende op met betrekking tot het toekomstige potentieel van MChD:"We vinden experimenteel dat (voor de materialen die we hebben bestudeerd), bij lage temperaturen, het verschil in lichttransmissie parallel en antiparallel met een bescheiden magnetisch veld van 1 Tesla, nauwelijks meer dan wat een koelkastmagneet produceert, kan oplopen tot 10%. Onze berekeningen stellen ons in staat om dit tot in detail te begrijpen. De omvang van het effect en het gedetailleerde begrip ervan openen nu de deur naar toekomstige toepassingen van MChD, die kunnen variëren van optische diodes tot nieuwe methoden voor optische gegevensopslag."