Čeští vědci našli novou cestu, jak řídit magnetické a elektronické vlastnosti molekul

K vybuzení změny elektronického stavu molekul se dosud používaly vnější zdroje jako světlo, teplota, tlak nebo magnetické pole. Čeští experti však přišli s revoluční cestou: využívají interakce molekul s obyčejným uhlíkem. Jejich práci nedávno zveřejnil časopis Nature Communications.

  • Na nejnovějším výzkumu se podíleli vědci z Regionálního centra pokročilých technologií a materiálů (RCPTM) Univerzity Palackého v Olomouci a Fyzikálního ústavu a Ústavu organické chemie a biochemie (ÚOCHB) AV ČR v Praze.

„Možnost opakovaně měnit elektronickou strukturu molekul a jejich magnetické vlastnosti zajímá vědce posledních několik desetiletí díky velkému aplikačnímu potenciálu. Takové přepínání z jednoho magnetického stavu do druhého je s ohledem na malou velikost molekul velmi obtížné, ale zároveň velmi důležité pro vývoj budoucích molekulárních počítačů,“ uvedl Pavel Jelínek z Fyzikálního ústavu AV ČR a Regionálního centra pokročilých technologií a materiálů (RCPTM). Molekulární přepínače nabízejí uplatnění v nanoelektronice, biologii nebo medicíně.

Jak to funguje?

Různé vlastnosti molekul, ale i jejich aktivita jsou určeny uspořádáním elektronů, které se v molekulách pohybují po přesně daných dráhách. Molekuly obsahující takové dráhy obsazené pouze jedním nepárovým elektronem vykazují magnetické vlastnosti. Naopak molekuly, které mají ve všech dráhách dva spárované elektrony, jsou nemagnetické.

„Prozatím se proces přepnutí vyvolává použitím technologicky náročných vnějších zdrojů. My jsme k přepnutí použili jedinou atomární vrstvu tuhy – grafenu, v jehož struktuře jsme některé atomy uhlíku nahradili atomy dusíku. Změnou polohy molekuly jsme pak schopni vratně přecházet z magnetického stavu na čistém grafenu do nemagnetického v oblastech dusíkových atomů. Navíc se nám poprvé podařilo tyto změny uspořádání elektronů v molekule pozorovat pomocí mikroskopu atomárních sil. Je to bezesporu velký posun v možnostech rozlišení mikroskopických rastrovacích technik,“ objasnil Jelínek.

Vlastnosti molekul se obvykle ladí vhodnou chemickou úpravou, která vede ke změně chemického složení molekuly, tj. zániku starých a vzniku nových chemických vazeb v molekule. V těchto silných interakcích, dochází ke sdílení elektronů, které se na vazbě podílejí. Tento přístup se však nedá uplatnit při vývoji molekulárních přepínačů, protože chemická úprava vyvolá nevratnou změnu.

Čeští vědci se proto rozhodli využít takzvaných slabých nekovalentních interakcí, přestože se o nich doposud jako o možném zdroji pro vyvolání změny magnetického stavu molekuly neuvažovalo.

„Ukázalo se, že při použití cyklických molekul na bázi porfyrinů s centrálním atomem železa dojde k přeskupení elektronů, pokud se taková molekula umístí nad dusíkový defekt ve struktuře grafenu. 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 do magnetického stavu, jakmile se tato vrátí nad čistý uhlíkový povrch grafenu,“ řekl světově uznávaný odborník na nekovalentní interakce Pavel Hobza z RCPTM a z Ústavu organické chemie a biochemie AV ČR.

K čemu? Na nové léky a lepší materiály

Tato cesta řízení vlastností molekul, aniž by došlo k jejich nevratné chemické úpravě, otevírá možnosti i v dalších oblastech použití. „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, katalyzátorů nebo léčiv,“ nabízí možné aplikace ředitel RCPTM Radek Zbořil.

Jeho tým stál v nedávné době u řady dalších přelomových výsledků v oblasti studia grafenu a magnetismu materiálů. Ve stejném časopise Nature Communications zveřejnil například práce popisující využití grafenu k vývoji prvních nekovových 2D magnetů nebo nejmenších částic magnetických kovů.

Výběr redakce

Aktuálně z rubriky Věda

Obavy z budoucnosti mladí Číňané rozptylují pomocí AI věštců

Mladí Číňané se zamilovali do věštění. Pohled do budoucna jim už ale nenabízí kartářky, prognostici nebo tvůrci horoskopů, ale stále častěji umělé inteligence, především domácího původu.
před 20 hhodinami

Studie: Nejsou důkazy o spojitosti paracetamolu v těhotenství s autismem u dětí

Nová rozsáhlá studie nenašla žádné důkazy o tom, že by užívání paracetamolu v těhotenství zvyšovalo riziko autismu, ADHD a vývojové poruchy intelektu. Studii zveřejnil odborný časopis The Lancet. Těhotné ženy od užívání paracetamolu v loňském roce zrazoval americký prezident Donald Trump, který lék proti horečce a bolesti spojil s rizikem autismu u dětí.
před 20 hhodinami

Írán odpojil internet v panice, Starlink rušit nedokáže

Teherán odpojil internet během protestů v panice a o přístup k síti přišlo dočasně i ministerstvo zahraničí. Píše to list Financial Times s odkazem na experty. Odříznutí Íránci se navzdory hrozbě represí pokoušejí komunikovat se světem přes Starlink. Íránské úřady se marně snaží rušit signál, a tak zabavují lidem antény.
16. 1. 2026

Cítí se opuštěni elitami, sjednoceni hněvem. Co lidi spojuje v krizích, ukázal český výzkum

Co mají společného spory o roušky během covidu a hádky o pomoc Ukrajině v diskuzích na facebooku? Výzkum českých vědkyň ukazuje, že lidé v časech krize sdílejí opakující se příběhy na základě modelu „my dole“ proti „těm nahoře“. Může to na sociálních sítích posílit sounáležitost mezi lidmi, ale současně takové chování rozděluje společnost ještě víc a vytváří pocity nedůvěry vůči elitám, hlavně těm politickým a mediálním.
16. 1. 2026

Jaký bude rok 2026? Velká předpověď naznačuje vysoké teploty

Letošní rok by se mohl zařadit k těm dosud nejteplejším. Naznačují to predikce na základě analýzy historických dat a sledování dlouhodobého vývoje. Důležitou roli mají mít jevy El Niňo a La Niňa. Dosud nejteplejší byl rok 2024, ten loňský se stal třetím nejteplejším od počátku pozorování.
16. 1. 2026

Mikroplastů je tolik, že kontaminují výzkumy o množství mikroplastů

Mikroplastů je už na Zemi tolik, že se nedá pořádně říct, jak moc jich je – tak se dají shrnout výsledky několika studií, které vyšly v poslední době. Na základě důkladných analýz jejich autoři zpochybňují předchozí výzkumy, které popisovaly, kolik mikroplastů (a nanoplastů) se nachází v lidských tkáních.
16. 1. 2026

Komunisté před 55 lety normalizovali poměry. Pomocí lží i vražd

Zpátky k normálu – to byl cíl komunistů po srpnové okupaci v roce 1968. Rozjitřená společnost, která doufala ve změnu, se měla vrátit do doby před obrodným procesem (pražským jarem), takzvaně se normalizovat. Komunisté ale potřebovali vysvětlit a před lidmi obhájit vojenskou invazi z 21. srpna 1968. Posloužit k tomu měl oficiální dokument, který vyšel před 55 lety, byl plný lží a invazi nazýval „bratrskou pomocí“. Vtloukat do hlavy si ho měly i děti ve školách.
16. 1. 2026

Umělá inteligence zabíjí tu dětskou, varuje výzkum

V této fázi vývoje převažují rizika využívání generativní umělé inteligence (AI) ve vzdělávání nad výhodami, říkají američtí autoři studie Centra pro univerzální vzdělávání Brookings Institution. Takzvaní chatboti dětem pomáhají s referáty, úkoly a učením, současně jim toho ale podle průzkumu až příliš mnoho berou.
15. 1. 2026
Načítání...