In natura, molte molecole possiedono una proprietà chiamata chiralità, il che significa che non possono essere sovrapposti alle loro immagini speculari (come una mano sinistra e una mano destra).

La chiralità può influenzare la funzione, che influiscono sull'efficacia di un farmaco o di un enzima, Per esempio, o l'aroma percepito di un composto.

Ora, un nuovo studio sta portando avanti la comprensione da parte degli scienziati di un'altra proprietà legata alla chiralità:come la luce interagisce con i materiali chirali sotto un campo magnetico.

Ricerche precedenti hanno dimostrato che in un tale sistema, le forme sinistrorse e destrorse di un materiale assorbono la luce in modo diverso, in modi che si rispecchiano a vicenda quando la luce che scorre parallela a un campo magnetico esterno cambia direzione, adottando un flusso antiparallelo. Questo fenomeno è chiamato dicroismo magneto-chirale (MChD).

Mancante, però, da esperimenti passati è stata una conferma che le osservazioni sperimentali corrispondono alle previsioni fatte dalla teoria MChD, un passaggio necessario per verificare la teoria e comprendere gli effetti osservati dagli scienziati.

La nuova carta, che sarà pubblicato il 21 aprile in Progressi scientifici , cambia questo. Lo studio è stato condotto da Geert L.J.A. Rikken, dottorato di ricerca, direttore del Laboratoire National des Champs Magnétiques Intenses in Francia, e Jochen Autschbach, dottorato di ricerca, Larkin Professor of Chemistry presso l'Università di Buffalo negli Stati Uniti. I primi autori furono Matteo Atzori, dottorato di ricerca, ricercatore presso il Laboratoire National des Champs Magnétiques Intenses, e dottorato di ricerca in chimica UB. studente Herbert Ludowieg.

"Le prime previsioni teoriche di MChD per la luce sono apparse negli anni '80. Da allora, è stato riportato un numero crescente di osservazioni dell'effetto, ma nessuna analisi quantitativa è stata possibile per confermare se la teoria sottostante della MChD è corretta, " Rikken dice. "Il nuovo studio propone misurazioni dettagliate su due sistemi modello ben definiti, e calcoli quanti-chimici avanzati su uno di essi."

"Il team del Dr. Rikken ha effettuato la prima osservazione sperimentale di MChD nel 1997 e da allora ha riportato altri studi sperimentali sull'effetto in diversi sistemi, " dice Autschbach. "Tuttavia, solo ora è diventato possibile un confronto diretto tra un esperimento e calcoli teorici quantistici ab-initio, per una verifica della teoria MChD."

La ricerca si è concentrata su cristalli costituiti dalle forme specchiate di due composti:tris(1, 2-diamminoetano)nichel(II)nitrato, e tris(1, 2-diamminoetano)cobalto(II)nitrato. Come spiega Autschbach, "la forma molecolare del tris(1, Lo ione 2-diamminoetano)metallo(II) nel cristallo ha una forma simile ad un'elica. Le eliche sono disponibili in coppie di immagini speculari, pure, che non si può sovrapporre".

Il laboratorio di Rikken ha effettuato misurazioni sperimentali dettagliate per entrambi i sistemi studiati, mentre il gruppo di Autschbach ha sfruttato la struttura di supercalcolo di UB, il Centro per la Ricerca Computazionale, eseguire impegnativi calcoli quanto-chimici relativi all'assorbimento della luce da parte del composto di nichel (II).

I risultati, come spiegato in Progressi scientifici paper:"Riportiamo gli spettri MChD sperimentali a bassa temperatura di due cristalli paramagnetici chirali archetipici presi come sistemi modello, tris(, 2-diamminoetano)nichel(II) e cobalto(II) nitrato, per la propagazione della luce parallela o perpendicolare all'asse c dei cristalli, e il calcolo degli spettri MChD per la derivata Ni(II) mediante calcoli di chimica quantistica all'avanguardia.

"Incorporando l'accoppiamento vibronico, troviamo un buon accordo tra esperimento e teoria, che apre la strada a MChD per svilupparsi in un potente strumento spettroscopico chirale e fornire intuizioni fondamentali per la progettazione chimica di nuovi materiali magnetochirali per applicazioni tecnologiche".

Mentre lo studio è nel regno della scienza di base, Rikken osserva quanto segue riguardo al potenziale futuro di MChD:"Troviamo sperimentalmente che (per i materiali che abbiamo studiato), a basse temperature, la differenza di trasmissione della luce parallela e antiparallela ad un modesto campo magnetico di 1 Tesla, poco più di quello che produce un magnete da frigorifero, può arrivare fino al 10%. I nostri calcoli ci permettono di capirlo in dettaglio. La dimensione dell'effetto e la sua comprensione dettagliata ora aprono la porta a future applicazioni di MChD, che potrebbe spaziare dai diodi ottici ai nuovi metodi ottici di memorizzazione dei dati".