Przełomowe odkrycie. Światło zmienia chemię i fizykę w pojedynczych kryształach
Zespół naukowców z Uniwersytetu Jagiellońskiego, we współpracy z partnerami z Francji i innych ośrodków europejskich dokonał przełomowego odkrycia. To fundamentalny krok w stronę materiałów nowej generacji.
Badacze opisali nowy cyjanometalan, który można przełączać światłem w sposób całkowicie odwracalny, dzięki reakcji fotodysocjacji zachodzącej w pojedynczym krysztale. Oznacza to, że pod wpływem różnych długości fal światła materiał zmienia swoją strukturę molekularną, a następnie może powrócić do stanu wyjściowego i to bez jakichkolwiek uszkodzeń. To przełomowe odkrycie otwiera drogę do stworzenia fotoprzełączalnych nanomagnesów działających w temperaturze pokojowej, co dotychczas było nieosiągalne.
Zdolność materiałów do reagowania na światło jest kluczowa w wielu procesach naturalnych i technologicznych. Światło uruchamia fotosyntezę, napędza konwersję energii słonecznej i umożliwia fotokatalizę. W niektórych przypadkach wzbudzony stan cząsteczki może zostać „zamrożony” na długi czas, co pozwala na magazynowanie energii lub informacji. Takie materiały nazywane są fotoprzełączalnymi i mają ogromny potencjał w tworzeniu inteligentnych systemów, pamięci molekularnych, urządzeń optoelektronicznych czy leków aktywowanych światłem.
Jednak dotychczas stosowane cząsteczki organiczne rzadko wykazywały zmiany magnetyczne po oświetleniu, a materiały nieorganiczne traciły swoje właściwości w ekstremalnie niskich temperaturach, sięgających nawet minus 200 stopni Celsjusza. Brakowało rozwiązania, które łączyłoby stabilność, odwracalność i działanie w warunkach zbliżonych do naturalnych. Najnowsze badania przełamały to ograniczenie dzięki wykorzystaniu cyjanometalanów. Naukowcy wykazali, że kryształy heptacyjanomolibdenianu potasu mogą kolektywnie zrywać i odbudowywać wiązanie metal–cyjanek pod wpływem światła: fioletowe powoduje jego zerwanie, a czerwone przywraca je.
Cały proces zachodzi bez niszczenia struktury kryształu, co jest niezwykle rzadkie i cenne. Taka zmiana prowadzi do modyfikacji momentu magnetycznego centrum metalicznego w temperaturach znacznie wyższych niż kiedykolwiek wcześniej obserwowano. To dowód, że możliwe staje się realne projektowanie fotomagnetycznych materiałów, czyli takich, których magnetyzm można kontrolować za pomocą światła.
Znaczenie tego odkrycia dla nauki jest ogromne. Po raz pierwszy udało się połączyć precyzyjną kontrolę światłem z odwracalną zmianą właściwości magnetycznych w jednym krysztale i w wysokiej temperaturze. To fundamentalny krok w stronę materiałów nowej generacji, które będą „myśleć” i „reagować” na bodźce środowiskowe. Zastosowania praktyczne są równie imponujące – od pamięci masowej opartej na pojedynczych cząsteczkach, przez zaawansowane sensory magneto-optyczne, aż po inteligentne materiały wykorzystywane w robotyce, medycynie czy energetyce.
Publikacja wyników badań w prestiżowym czasopiśmie „Nature Communications” potwierdza ich międzynarodową wagę i pokazuje, że polscy naukowcy współtworzą światową czołówkę w dziedzinie chemii materiałowej i fotofizyki. Dokonane przez nich odkrycie nie tylko poszerza naszą wiedzę o tym, jak światło może wpływać na materię, ale także daje realną podstawę do konstruowania nowych technologii, które jeszcze niedawno wydawały się czystą teorią niemożliwą do zrealizowania w praktyce.
Źródło: Uniwersytet Jagielloński w Krakowie
Czytaj też: Polsko-fińska spółka kosmiczna z miliardowym kontraktem na rozpoznanie satelitarne dla Bundeswehry
Grafika tytułowa: Jason D / Unsplash
