A-Z ELEKTRO září / říjen 2018

VĚDA A VÝZKUM září/říjen 2018 | A-Z ELEKTRO | 109 Regionální centrum pokročilých technologií a materiálů Šlechtitelů 27 783 71 Olomouc Tel.: (+420) 585 634 973 Email: rcptm@upol.cz www.rcptm.com Facebook: https://www.facebook.com/rcptmcz Foto: Martin Pykal Čeští vědci našli novou cestu, jak řídit magnetické a elektronické vlastnosti molekul E lektrické, optické nebo magnetické vlastnosti molekul, ale i jejich biolo- gická aktivita jsou určeny uspořádáním elektronů, jež se v molekulách pohybují po přesně daných dráhách, tzv. orbi- talech. Molekuly obsahující orbitaly obsazené pouze jedním nepárovým elek- tronem vykazují magnetické vlastnosti. Naopak molekuly, které mají ve všech orbitalech dva spárované elektrony, jsou nemagnetické. „Možnost opakovaně měnit elek- tronickou strukturu molekul a jejich magnetické vlastnosti zajímá vědce posledních několik desetiletí díky vel- kému aplikačnímu potenciálu. Takové přepínání z jednoho magnetického stavu do druhého je s ohledem na ma- lou velikost molekul velmi obtížné, ale zároveň velmi důležité pro vývoj budou- cích molekulárních počítačů,“ uvedl Pavel Jelínek z RCPTM a Fyzikálního ústavu AV ČR. Prozatím se proces přepnutí vyvolává použitím technologicky náročných vněj- ších zdrojů. „My jsme k přepnutí použili jedinou atomární vrstvu tuhy – grafenu, v jehož struktuře jsme některé atomy uhlíku nahradili atomy dusíku. Změ- nou 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 atomár- ních sil. Je to bezesporu velký posun Vědci z Regionálního centra pokročilých technologií a materiálů (RCPTM) Univerzity Palackého v Olomouci, Fyzikálního ústavu a Ústavu organické chemie a biochemie (ÚOCHB) Akademie věd ČR v Praze našli nový způsob, jak řídit elektronické a magnetické vlastnosti molekul. Přišli s revolučním řešením, kdy využívají slabé nekovalentní interakce molekul s chemicky upraveným povrchem uhlíku. Dosud se k vybuzení změny elektronického stavu molekul používaly vnější zdroje jako světlo, teplota, tlak nebo magnetické pole. Objev, který nedávno publikoval prestižní časopis Nature Communications, je příslibem pro aplikace v nanoelektronice, biologii nebo medicíně. v možnostech rozlišení mikroskopických rastrovacích technik,“ objasnil Jelínek. Vlastnosti molekul se obvykle ladí vhodnou chemickou úpravou, která vede ke změně chemického složení mole- kuly, tj. zániku starých a vzniku nových chemických vazeb v molekule. V těchto silných, tzv. kovalentních interakcích, dochází ke sdílení elektronů, které se na vazbě podílejí. Tento přístup se však nedá uplatnit při vývoji moleku- lárních přepínačů, neboť chemická úprava vyvolá nevratnou změnu. Čeští vědci se proto rozhodli využít 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 struk- tuře grafenu. Kombinací teoretických výpočtů i experimentálních měření jsme potvrdili, že nekovalentní interakce mezi atomy železa a dusíku je dosta- tečně silná pro vyrušení magnetismu a současně dostatečně slabá, aby umožnila opětovný přechod molekuly do magnetického stavu, jakmile se tato vrátí nad čistý uhlíkový povrch gra- fenu,“ řekl světově uznávaný odborník na nekovalentní interakce Pavel Hobza z RCPTM a ÚOCHB. Tato cesta řízení vlastností molekul otevírá možnosti i v dalších oblastech použití. „Elektronické struktura ovliv- ňuje nejen magnetické, ale i optické, katalytické, elektrické nebo biologické vlastnosti molekul. Chemicky upravený grafen by tak mohl sloužit k vývoji nových optických senzorů, fotoluminis- cenčních materiálů, katalyzátorů nebo léčiv,“ nabízí možné aplikace generální ředitel RCPTM Radek Zbořil. Jeho tým stál v nedávné době u řady dalších přelomových výsledků v oblasti studia grafenu a magnetismu ma- teriálů. Ve stejném časopise Nature Communications zveřejnil například práce popisující využití grafenu k vývoji prvních nekovových 2D magnetů nebo nejmenších částic magnetických kovů.