Uma descoberta inesperada no laboratório de química do Professor Arthur Suits pode ter implicações na fabricação de células solares mais eficientes e na melhoria das terapias fotodinâmicas para o tratamento do câncer, e pode contribuir para a pesquisa em computação quântica. No centro da descoberta está o spin dos elétrons. As moléculas são não magnéticas ou magnéticas, dependendo se dois elétrons estão emparelhados com spins opostos ou desemparelhados com os mesmos spins. As moléculas podem mudar de formas magnéticas para não magnéticas ou vice-versa em um processo chamado inversão de rotação, mas Suits diz que o processo é ineficiente e ocorre lentamente.

"É bem sabido que se uma molécula não magnética absorve luz, muitas vezes muda para a forma magnética, e essa forma viverá por muito tempo e lentamente emitirá luz, "diz ele." Também se sabe que, em uma reação química, você pode começar com formas magnéticas, e quando reagem, tornam-se não magnéticos. Mas é um processo ineficiente que não acontece facilmente, e geralmente acontece raramente em reações químicas. "

O que Suits e sua equipe descobriram é que os spin flips entre formas magnéticas e não magnéticas podem acontecer de forma muito eficiente no curso de uma reação química, pois os produtos se separam após a reação se forem dois "radicais" - moléculas com pelo menos um elétron desemparelhado cada.

Teoria versus Experimento

"Para mostrar isso, conduzimos um experimento de espalhamento no qual dois feixes moleculares de reagentes, um oxigênio atômico e as outras alquilaminas, são cruzados dentro de uma câmara de vácuo para formar produtos detectados com um laser, "Suits diz." Quando estes se juntam, eles formam uma molécula intermediária que vive muito antes de se desfazer. A teoria diz que se permanece na forma magnética inicial, não pode viver por muito tempo. O resultado mostra que ele muda para não magnético durante a reação. "

Para resolver o problema, Suits e seus colegas, pós-doutorado Hongwei Li e o estudante de doutorado Alexander Kamasah, colaborou com um colega da Temple University, Spiridoula Matsika, um professor de teoria computacional, que realizaram cálculos sofisticados para examinar a probabilidade de transições das formas magnéticas para as não magnéticas. Eles descobriram que os spin flips nesta reação ocorrem muito mais rápido do que o esperado - em apenas metade de um picossegundo, ou meio trilionésimo de segundo. O aspecto surpreendente é que isso acontece depois que a reação acaba, enquanto os produtos permanecem juntos.

"Os pesquisadores agora saberão que, uma vez que essas grandes moléculas comecem a se dissociar, um resultado possível é que eles podem mudar de formas magnéticas para não magnéticas, "Suits diz." Todo mundo pensa que este é um processo lento, mas mostramos que nem sempre é um processo lento, e, como resultado, pode acontecer durante uma reação química transitória. "

Suits e sua equipe dizem que entender esse comportamento é fundamental para campos da física química à biologia química, com aplicações em ciência de materiais, fotônica molecular, fotossensibilizadores, e terapia fotodinâmica para câncer.

O financiamento para a pesquisa foi fornecido pelo Departamento de Energia dos EUA, o Escritório de Pesquisa do Exército, e a National Science Foundation. O estudo, "Cruzamento entre sistemas no canal de saída" foi publicado em Química da Natureza .