En oväntad upptäckt i professor Arthur Suits kemilaboratorium kan ha konsekvenser för att tillverka mer effektiva solceller och förbättra fotodynamiska behandlingar för behandling av cancer, och det kan bidra till forskning om kvantberäkning. Kärnan i upptäckten är elektronernas snurr. Molekyler är antingen omagnetiska eller magnetiska beroende på om två elektroner är parade med motsatta snurr eller oparade med samma snurr. Molekyler kan växla från magnetiska till omagnetiska former eller vice versa i en process som kallas vända ett snurr, men Suits säger att processen är ineffektiv och sker långsamt.

"Det är välkänt att om en icke -magnetisk molekyl absorberar ljus, ofta byter den till magnetformen, och den formen kommer att leva länge och sakta avge ljus, "säger han." Det är också känt att i en kemisk reaktion, du kan börja med magnetiska former, och när de reagerar blir de omagnetiska. Men det är en ineffektiv process som inte händer lätt, och sker i allmänhet sällan i kemiska reaktioner. "

Vad Suits och hans team funnit är att snurror mellan magnetiska och omagnetiska former kan ske mycket effektivt under en kemisk reaktion när produkterna separeras efter reaktion om de är två "radikaler" - molekyler med minst en oparad elektron var.

Teori kontra experiment

"För att visa detta vi genomförde ett spridningsexperiment där två molekylära strålar av reaktanter, ett atomärt syre och de andra alkylaminerna, korsas inuti en vakuumkammare för att bilda produkter som detekteras med en laser, "Suits säger." När dessa kommer ihop, de bildar en mellanliggande molekyl som lever länge innan den lossnar. Teorin säger att om den förblir i den magnetiska startformen, den kan inte leva länge. Resultatet visar att det ändras till omagnetiskt under reaktionen. "

För att lösa problemet, Suits och hans kollegor, postdoktor Hongwei Li och doktorand Alexander Kamasah, samarbetat med en kollega vid Temple University, Spiridoula Matsika, professor i beräkningsteori, som utförde sofistikerade beräkningar för att titta på sannolikheten för övergångar från magnetiska till icke -magnetiska former. De upptäckte att snurror i denna reaktion sker mycket snabbare än väntat - på bara en halv av en picosekund, eller hälften av en biljonedel av en sekund. Den överraskande aspekten är att detta händer efter att reaktionen är över, medan produkterna hänger kvar.

"Forskare kommer nu att veta att när dessa stora molekyler börjar dissocieras, ett möjligt resultat är att de kan förändras från magnetiska till omagnetiska former, "Suits säger." Alla tycker att det här är en långsam process, men vi visar att det inte alltid är en långsam process, och som ett resultat kan det hända under en övergående kemisk reaktion. "

Suits och hans team säger att förstå detta beteende är grundläggande för områden från kemisk fysik till kemisk biologi, med tillämpningar inom materialvetenskap, molekylär fotonik, fotosensibiliserare, och fotodynamisk terapi för cancer.

Finansiering för forskningen lämnades av U.S. Department of Energy, arméns forskningskontor, och National Science Foundation. Studien, "Intersystem Crossing in the Exit Channel" publicerades i Naturkemi .