普林斯顿大学 普林斯顿大学化学系本周公布了一项研究，证明外加磁场将与弱磁性或反磁性分子的电子结构相互作用，从而引发一种磁场效应，据他们所知，这种效应以前从未被记录过
在高达25特斯拉的磁场实验应用中，几乎没有固有磁性的分子表现出磁敏感的光学和光物理特性
学分:布莱恩·库迪什，普林斯顿大学化学系 普林斯顿大学化学系本周公布了一项研究，证明外加磁场将与弱磁性或反磁性分子的电子结构相互作用，从而引发一种磁场效应，据他们所知，这种效应以前从未被记录过
根据发表在美国国家科学院院刊(PNAS)上的论文“环电流在25特斯拉调制芳香发色团的光电性质”，在高达25特斯拉的磁场实验应用中，几乎没有固有磁性的分子表现出磁敏感的光学和光物理性质
威廉·斯克尔斯
化学教授托德和五年级研究生布莱恩·库迪什(Bryan Kudisch)是这篇论文的主要作者，他们说，这项发现可以让科学家们通过使用磁场作为“手柄”，从根本上改变某些类别分子的电子和光物理性质
" 斯科尔斯小组的研究人员用比地球磁场强近1米的磁场进行实验，能够改变模型非磁性有机发色团的光电性质
根据这篇论文，这种改变是由芳香分子中的环电流感应产生的
“没有人会想到一个没有金属和内在磁性的有机分子会有如此明显的磁场效应，”库迪什说
“我们正在使用地球上产生的一些最大的磁场，这是公平的
但与此同时，我们看到了前所未见的东西
然后想出一个合适的解释，利用核磁共振中常见的磁场效应，即芳香环电流，是非常令人满意的
" 芳香环电流可以理解为当磁场垂直于芳香平面施加时，由芳香性离域的电子将循环移动的建议，典型地在核磁共振波谱中推动附近原子的化学位移
“这项研究表明，这是一个具有非常真实的化学含义的现象，”库迪什补充说
“在这里，我们采用了一种光谱学中常见的东西，并展示了在使用我们的光谱学方法时，它是如何以一种完全意想不到的方式发生变化的
" 在实验中，研究人员选择了一种叫做酞菁的模型芳香发色团，它的分子结构类似于叶绿素——大自然的光吸收剂——但对可见光的吸收更强，稳定性更高
对这种模型酞菁化合物及其聚集体的计算表明，酞菁吸收光的能力发生了明显的、依赖于磁场的变化
这些结果标志着首次证明了反磁性分子吸收光谱的磁场依赖性变化
但直到研究人员应用螺线管的经典模拟，实验才变得清晰
螺线管是一种电磁装置，它利用像弹簧一样排列的导电线圈有效地转换电能和磁能
库迪什说，他们的想法基于螺线管的行为，他们能够合理地解释，他们在酞菁聚集体中观察到的磁场灵敏度的增加可能取决于聚集体中酞菁环的相对排列
库迪什说:“这不仅为我们的计算支持增加了额外的验证，也为耦合芳香环电流的想法提供了依据——聚集体中相邻酞菁发色团的环电流具有依赖于磁场灵敏度放大的几何形状。”
“就像螺线管一样
" 该研究项目始于三年前，结合了使用强磁场和超快光谱学能力的实验
其中一部分是在佛罗里达州塔拉哈西的国家强磁场设施中用分裂佛罗里达螺旋磁体进行的，该设施拥有世界上最强的核磁共振波谱磁体
这种独一无二的磁体可以以完全电阻的方式达到并维持高达25 T的磁场强度——它本身可能是地球上最强大的螺线管
运行时，磁铁使用城市2%的电力
斯科尔斯指出，PNAS的论文标志着他的团队使用佛罗里达分裂螺旋磁体的第二份出版物，这是一项始于八年前磁体设计时的合作
他的小组的任务是提出和设计连接到磁铁的超快激光系统
“在核磁共振磁体上获得如此高的磁场相对容易，但我们的实验要求你获得光线并将其照射到样品上，然后以某种方式将光线取出
为此，我们需要塔拉哈西的实验室
库迪什说:“这是一堆近乎不可能的事情。”
库迪什说，由于之前与普林斯顿大学化学和生物工程系的合作，为他们的实验获得有机纳米粒子形式的酞菁聚集体是“最简单的部分”
该论文的其他合作者包括米兰理工学院和科尔多瓦国立大学
他说，总的来说，斯科尔斯实验室调查的“折衷”氛围有助于项目的成功
“背景是，这个实验室正在思考物理化学中一些没人思考过的最紧迫的问题，并弄清楚我们提出的想法是否是可测试的，”库迪什说
“当你真正深入其中时，我们感兴趣的是我们能深入超快光谱学的兔子洞有多深，以及它能让我们在各种不同的领域学到什么
"
来源：由phyica.com整理转载自PH，转载请保留出处和链接！
