I naturen, många molekyler har en egenskap som kallas kiralitet, vilket innebär att de inte kan läggas ovanpå sina spegelbilder (som en vänster och höger hand).

Kiralitet kan påverka funktionen, påverkar ett läkemedels eller enzyms effektivitet, till exempel, eller en förenings upplevda arom.

Nu, en ny studie främjar forskarnas förståelse av en annan egenskap kopplad till kiralitet:hur ljus interagerar med kirala material under ett magnetfält.

Tidigare forskning har visat att i ett sådant system, de vänster- och högerhänta formerna av ett material absorberar ljus olika, på sätt som speglar varandra när ljus som flödar parallellt med ett externt magnetfält ändrar riktning, anta ett antiparallellt flöde. Detta fenomen kallas magneto-kiral dikroism (MChD).

Saknas, dock, från tidigare experiment var en bekräftelse på att experimentella observationer matchar förutsägelser gjorda av MChD-teorin – ett nödvändigt steg för att verifiera teorin och förstå effekterna som forskare har observerat.

Den nya tidningen, som kommer att publiceras den 21 april i Vetenskapliga framsteg , ändrar detta. Studien leddes av Geert L. J. A. Rikken, Ph.D., chef för Laboratoire National des Champs Magnétiques Intenses i Frankrike, och Jochen Autschbach, Ph.D., Larkin professor i kemi vid universitetet i Buffalo i USA. De första författarna var Matteo Atzori, Ph.D., en forskare vid Laboratoire National des Champs Magnétiques Intenses, och UB kemi Ph.D. elev Herbert Ludowieg.

"De första teoretiska förutsägelserna av MChD för ljus dök upp på 1980-talet. Sedan dess, ett ökande antal observationer av effekten har rapporterats, men ingen kvantitativ analys var möjlig för att bekräfta om den underliggande teorin om MChD är korrekt, " Rikken säger. "Den nya studien lägger fram detaljerade mätningar på två väldefinierade modellsystem, och avancerade kvantkemiska beräkningar på en av dem."

"Dr. Rikkens team gjorde den första experimentella observationen av MChD 1997 och har sedan dess rapporterat andra experimentella studier av effekten i olika system, "Autschbach säger." Men först nu har en direkt jämförelse mellan ett experiment och ab-initio kvantteoretiska beräkningar blivit möjlig, för en verifiering av MChD-teorin."

Forskningen fokuserade på kristaller som består av de spegelvända formerna av två föreningar:tris(1, 2-diaminoetan)nickel(II)nitrat, och tris(1, 2-diaminoetan)kobolt(II)nitrat. Som Autschbach förklarar, "trisens molekylära form (1, 2-diaminoetan)metall(II)jonen i kristallen har en propellerliknande form. Propellrar kommer i par med spegelbilder, för, som inte kan läggas över. "

Rikkens laboratorium gjorde detaljerade experimentella mätningar för båda de studerade systemen, medan Autschbachs grupp utnyttjade UB:s superdatoranläggning, Centrum för beräkningsforskning, att utföra utmanande kvantkemiska beräkningar avseende ljusabsorption av nickel(II)föreningen.

Resultaten, som förklaras i Vetenskapliga framsteg papper:"Vi rapporterar de experimentella lågtemperatur-MChD-spektra av två arketypiska kirala paramagnetiska kristaller tagna som modellsystem, tris(1, 2-diaminoetan)nickel(II) och kobolt(II)nitrat, för ljus som utbreder sig parallellt eller vinkelrätt mot kristallernas c-axel, och beräkningen av MChD-spektra för Ni(II)-derivatet genom kvantkemiska beräkningar av den senaste tekniken.

"Genom att införliva vibronisk koppling, vi finner god överensstämmelse mellan experiment och teori, som öppnar vägen för MChD att utvecklas till ett kraftfullt kiralt spektroskopiskt verktyg och ge grundläggande insikter för den kemiska designen av nya magnetokirala material för tekniska tillämpningar. "

Medan studien är inom grundvetenskapens område, Rikken noterar följande när det gäller MChDs framtida potential:"Vi finner experimentellt att (för de material vi studerade), vid låga temperaturer, skillnaden i ljustransmission parallellt och antiparallellt med ett blygsamt magnetfält på 1 Tesla, knappast mer än vad en kylskåpsmagnet producerar, kan vara så hög som 10 %. Våra beräkningar tillåter oss att förstå detta i detalj. Storleken på effekten och dess detaljerade förståelse öppnar nu dörren till framtida tillämpningar av MChD, som kan sträcka sig från optiska dioder till nya optiska datalagringsmetoder."