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

V Německu ukradený luxusní mercedes prozradilo nedobrzdění na D46

Řidič mercedesu na dálnici nedobrzdil a narazil do fabie zpomalující kvůli...

Vyšetřování na první pohled běžné dopravní nehody na dálnici D46 odhalilo krádež luxusního vozu. Řidič mercedesu za...

Za smrt dvou dětí v jiném autě dostal opilec o dva roky víc, vinu neuznal

Josef Ondrýsek u olomouckého krajského soudu žádá o snížení trestu za tragickou...

Na osm a půl roku vězení zpřísnil olomoucký krajský soud trest Josefu Ondrýskovi, který na jaře zavinil v opilosti...

Zemřel majitel výrobce optiky Meopta. Přezdívalo se mu přerovský Baťa

Úspěšný byznysmen Čechoameričan Paul Rausnitz, který v 90. letech zachránil...

V neděli zemřel podnikatel a válečný veterán Paul Rausnitz, který ze dna přivedl ke globálnímu úspěchu výrobce...

Vjezdový systém dodala firma stíhaného lobbisty, nemocnice řeší potíže

Pohled na jeden z vjezdů do olomoucké fakultní nemocnice. Po změně v systému...

Nový vjezdový systém měl od 1. listopadu výrazně modernizovat a usnadnit pacientům parkování v areálu Fakultní...

Vizita u 50 pacientů a lékař bez atestace. Špitál šokoval i soudního znalce

Okresní soud v Přerově začal projednávat případ, ve kterém jsou dva přerovští...

Na tristní personální situaci v českých špitálech poukázal případ, který nyní rozplétá soud v Přerově. Dva chirurgové...

Další z rubriky

V převráceném autě se zranila řidička s dětmi, policie hledá svědky

Policie vyšetřuje nehodu, při které řidička vezoucí dvě děti nedaleko Olomouce...

Policisté z Olomoucka vyšetřují od uplynulého víkendu nehodu, při které řidička jedoucí se dvěma dětmi strhla řízení...

Policie ukončila po třech letech vyšetřování kauzy Vidkun

Ilustrační snímek

Detektivové z ostravské expozitury Národní centrály proti organizovanému zločinu uzavřeli po třech letech vyšetřování...

Dívce se ve škole smáli kvůli pupíku, po unikátní operaci se těší do plavek

Unikátní zákrok provedli plastičtí chirurgové z Fakultní nemocnice v Olomouci....

Unikátní zákrok provedli plastičtí chirurgové z Fakultní nemocnice v Olomouci. Devítiletou dívku operovali šetrně...

Najdete na iDNES.cz