O Departamento de Química da Universidade de Princeton publica uma pesquisa esta semana provando que um campo magnético aplicado irá interagir com a estrutura eletrônica do sistema magnético fraco, ou diamagnético, moléculas para induzir um efeito de campo magnético que, ao conhecimento deles, nunca antes foi documentado.

Com a aplicação experimental de campos magnéticos de até 25 Tesla, moléculas com pouco magnetismo intrínseco exibem propriedades ópticas e fotofísicas magneto-sensíveis, de acordo com o jornal, "As correntes do anel modulam as propriedades optoeletrônicas dos cromóforos aromáticos a 25 Tesla, "publicado no Proceedings of the National Academy of Sciences ( PNAS )

Gregory Scholes, o professor de química William S. Todd, e Bryan Kudisch, um estudante de graduação do quinto ano e o principal autor do artigo, disse que a descoberta pode permitir aos cientistas alterar fundamentalmente as propriedades eletrônicas e fotofísicas de algumas classes de moléculas usando o campo magnético como uma "alavanca".

Fazendo experiências com um campo magnético quase 1 milhão de vezes mais forte do que o da Terra, pesquisadores do Grupo Scholes foram capazes de modificar as propriedades optoeletrônicas de cromóforos orgânicos não magnéticos modelo. As modificações, de acordo com o jornal, surgem da indução de correntes de anel nas moléculas aromáticas.

"Ninguém esperaria que uma molécula orgânica sem metal e sem magnetismo intrínseco tivesse um efeito de campo magnético tão óbvio, "disse Kudisch." Estamos usando alguns dos maiores campos magnéticos gerados na Terra, isso é justo. Mas ao mesmo tempo, estamos vendo algo que nunca foi visto antes. E então chegar a uma explicação adequada invocando um efeito de campo magnético comumente visto em ressonância magnética nuclear (NMR), a saber, correntes de anel aromático, é muito gratificante. "

Correntes de anel aromáticas podem ser entendidas como a proposta de que elétrons deslocalizados por aromaticidade se moverão circularmente quando um campo magnético é aplicado perpendicular ao plano aromático, tipicamente cutucando mudanças químicas de átomos próximos em espectroscopia de NMR.

"Esta pesquisa mostra que este é um fenômeno com implicações químicas muito reais, "Kudisch acrescentou." Aqui, pegamos algo que é comum em um tipo de espectroscopia e mostramos como ele se transforma de uma forma completamente inesperada ao usar nossos métodos espectroscópicos. "

Para o experimento, pesquisadores escolheram um modelo de cromóforo aromático chamado ftalocianina, que tem uma estrutura molecular semelhante à clorofila - o absorvedor de luz da natureza - mas com absorção mais forte da luz visível e maior estabilidade. Os cálculos neste modelo de composto de ftalocianina e seus agregados mostraram claro, As alterações dependentes do campo magnético na capacidade da ftalocianina de absorver luz. Esses resultados marcam os primeiros a demonstrar mudanças dependentes do campo magnético no espectro de absorção de moléculas diamagnéticas. Mas não foi até que os pesquisadores aplicaram o análogo clássico do solenóide que o experimento tornou-se mais claro.

Um solenóide é um dispositivo eletromagnético que converte efetivamente a energia elétrica e magnética usando laços condutores de fio dispostos como uma mola. Com seu pensamento baseado no comportamento dos solenóides, Kudisch disse, eles foram capazes de racionalizar que o aumento da sensibilidade ao campo magnético que observavam nos agregados de ftalocianina poderia depender do arranjo relativo dos anéis de ftalocianina no agregado.

"Isso não apenas adicionou validação extra ao nosso suporte computacional, mas também deu crédito a esta ideia de correntes de anel aromático acopladas - as correntes de anel de cromóforos ftalocianina vizinhos no agregado têm uma geometria dependente da amplificação da sensibilidade do campo magnético, "disse Kudisch." Exatamente como o solenóide.

Iniciado há três anos, o projeto de pesquisa combinou experimentos usando um alto campo magnético e recursos de espectroscopia ultrarrápida. Parte dela foi realizada com o Split-Florida Helix Magnet na National High Magnetic Field Facility em Tallahassee, Flórida, que possui o ímã mais forte do mundo para espectroscopia de NMR. Este ímã único pode alcançar e sustentar intensidades de campo magnético de até 25 T de uma forma completamente resistiva - provavelmente o solenóide mais poderoso do planeta. Quando operacional, o ímã usa 2% da energia da cidade.

Scholes observou que o PNAS papel marca a segunda publicação de seu grupo a partir do trabalho usando o ímã de hélice dividida da Flórida, uma colaboração que começou há mais de oito anos, quando o ímã estava sendo projetado. A função de seu grupo era propor e projetar o sistema de laser ultrarrápido que se conecta ao ímã.

"É relativamente fácil obter tais campos magnéticos altos em um ímã de NMR, mas nossos experimentos exigem que você obtenha luz e direcione-a para a amostra e, em seguida, extraia essa luz de alguma forma. E para isso, precisávamos do laboratório em Tallahassee. É um monte de quase impossibilidades se juntando, "disse Kudisch.

Kudisch disse que obter agregados de ftalocianina na forma de nanopartículas orgânicas para seus experimentos era "a parte mais simples, "devido a colaborações anteriores com o Departamento de Engenharia Química e Biológica de Princeton. Outros colaboradores no papel incluem a Politécnica de Milão, e a Universidade Nacional de Córdoba.

Geral, ele disse, a atmosfera "eclética" das investigações no Scholes Lab contribuiu para o sucesso do projeto.

"O contexto é, este laboratório está pensando sobre alguns dos problemas mais urgentes da físico-química sobre os quais ninguém pensou e tentando descobrir se as ideias que surgimos podem ser testadas, "disse Kudisch." Quando você realmente mergulha nele, o que nos interessa é o quão profundo na toca do coelho da espectroscopia ultrarrápida podemos ir, e o que pode nos permitir aprender em uma variedade de campos diferentes. "