|
Открыли новые правила молекулярного проектирования
|
|
|
|
С момента открытия квантовой механики более ста лет назад было известно, что электроны в молекулах могут быть связаны с движением атомов, из которых состоят молекулы. Движение атомов, которое часто называют молекулярными колебаниями, действует подобно крошечным пружинкам, периодически приводимым в движение. Для электронов в этих системах, связанных с бедром этими вибрациями, это означает, что они тоже постоянно находятся в движении, танцуя под дудку атомов, с периодичностью в миллионную долю миллиардной доли секунды. Но все эти метания вокруг да около приводят к потере энергии и ограничивают эффективность органических молекул в таких приложениях, как светодиоды (OLED), инфракрасные датчики и флуоресцентные биомаркеры, используемые при изучении клеток и для маркировки таких заболеваний, как раковые клетки. Теперь исследователи, использующие лазерные спектроскопические методы, открыли "новые правила молекулярного дизайна", способные остановить этот молекулярный танец.
|
|
|
Их результаты, опубликованные в журнале Nature, выявили важнейшие принципы проектирования, которые могут остановить связь электронов с колебаниями атомов, фактически прекратив их лихорадочный танец и подтолкнув молекулы к достижению непревзойденной производительности. "Все органические молекулы, такие как те, что содержатся в живых клетках или на экране вашего телефона, состоят из атомов углерода, соединенных друг с другом химической связью", - сказал Пратьюш Гош, аспирант Кавендишского университета, первый автор исследования и сотрудник Колледжа Святого Иоанна. "Эти химические связи подобны крошечным вибрирующим пружинам, которые, как правило, ощущаются электронами, ухудшая работу молекул и устройств. Однако теперь мы обнаружили, что некоторые молекулы могут избежать этих вредных эффектов, если мы ограничим геометрическую и электронную структуру молекулы некоторыми особыми конфигурациями". Чтобы продемонстрировать эти принципы проектирования, ученые разработали серию эффективных молекул, излучающих излучение в ближнем инфракрасном диапазоне (680-800 нм).
|
|
|
|
В этих молекулах потери энергии в результате вибраций — по сути, электронов, танцующих под дудку атомов, — были более чем в 100 раз ниже, чем в предыдущих органических молекулах. Это понимание и разработка новых правил проектирования светоизлучающих молекул открыли чрезвычайно интересную перспективу на будущее, где эти фундаментальные наблюдения могут быть применены в промышленности. "Сегодня эти молекулы также имеют широкий спектр применений. Теперь задача состоит в том, чтобы воплотить наше открытие в более совершенные технологии, от усовершенствованных дисплеев до усовершенствованных молекул для биомедицинской визуализации и выявления заболеваний", - заключил профессор Акшай Рао из Кавендишской лаборатории, который руководил этим исследованием.
|
|
|
|
Источник
|
