Vědci z TPU odhalují tajemství optických vlastností magnetických materiálů na bázi stabilních radikálů – Novinky |
Chemici z Tomské polytechnické univerzity v rámci mezinárodního týmu získali unikátní krystaly, které vykazují anizotropní optické vlastnosti – v závislosti na úhlu natočení mohou tyto krystaly absorbovat rovinně polarizované světlo. Zároveň může rozdíl v úrovni absorpce ve stejném krystalu dosáhnout až pětinásobku. Tento objev by v budoucnu mohl tvořit základ pro vývoj nové generace optických senzorů a spintronických zařízení.
Lineární dichroismus, neboli jev selektivní absorpce světla s určitým směrem polarizace, byl dobře studován u anorganických i organických molekul. Tato vlastnost umožňuje vývoj nanoměřítkových optických zařízení, vysoce účinných polarizátorů, materiálů, které selektivně reagují na vnější podněty, a mnoho dalšího. Takové vlastnosti organických stabilních radikálů však dosud nebyly ve vědecké literatuře zaznamenány.
Vědci z Výzkumné fakulty chemie a aplikovaných biomedicínských věd TPU spolu se svými kolegy syntetizovali řadu stabilních nitronyl-nitroxylových radikálů a získali jejich monokrystaly, které mají vlastnost optické anizotropie, tj. jejich absorpční vlastnosti se mění v závislosti na směru polarizace dopadajícího světla. Jeden ze vzorků se tak v určité poloze roviny polarizace paprsku blížil úplné optické průhlednosti ve viditelné oblasti spektra, zatímco otočení o 90 stupňů vedlo k 30násobnému oslabení intenzity světla.
„Tato práce je příkladem toho, jak důležité je sledovat průběh experimentů. Protože náš objev vycházel z náhodně zaznamenaného faktu. Nyní v laboratoři pracujeme s magnetickými organickými materiály založenými na stabilních radikálech. Takové struktury se studují ve formě monokrystalů – musí mít jasně uspořádanou strukturu atomů uvnitř pevné fáze, jinak je obtížné studovat molekulární magnetismus. Vypěstovali jsme krystaly jednoho z nitroxylových radikálů a zjistili jsme, že mají dvě různé barvy: vedle standardních vzorků tmavě modré barvy se vyskytovaly i krystaly světle zelené barvy. Zpočátku jsme si mysleli, že experiment selhal. Po sérii analýz se však ukázalo, že mezi krystaly není žádný rozdíl, pokud jde o molekulární strukturu. Navíc se při bližším zkoumání ukázalo, že modrá a zelená barva se vzájemně zaměňují a závisí na úhlu pohledu. Ve skutečnosti jsme objevili a dokázali, že magnetické materiály založené na stabilních radikálech mají lineární dichroické efekty,“ – poznamenává jeden z autorů studie, docent Výzkumné fakulty chemického a biomedicínského inženýrství TPU Pavel Petunin.
Optické vlastnosti získaných sloučenin byly studovány pomocí elektronové spektroskopie a poté byly pomocí rentgenové difrakční metody stanoveny vlastnosti uspořádání molekul v krystalu. Komplexní analýza experimentálních dat, doplněná kvantově-chemickými výpočty, umožnila stanovit nezbytné podmínky pro vznik lineárního dichroismu v krystalech organických radikálů.
Výsledky studie by mohly tvořit základ pro vytvoření hybridních zařízení citlivých jak na magnetická pole, tak na rovinně polarizované světlo, jako je například nová generace optických senzorů a spintronických zařízení.
Do studie se zapojili vědci z Výzkumné školy chemických a biomedicínských technologií Tomské polytechnické univerzity, Ústavu anorganické chemie A. V. Nikolajeva sibiřské pobočky Ruské akademie věd, Mezinárodního tomografického centra sibiřské pobočky Ruské akademie věd, Ústavu chemické kinetiky a spalování V. V. Voevodského, Polytechnické univerzity v Miláně (Itálie), Ústavu organické chemie N. D. Zelinského a Státní univerzity v Petrohradu.