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O estudo fornece uma visão detalhada das propriedades intrigantes dos materiais quirais
Na natureza, muitas moléculas possuem uma propriedade chamada quiralidade, o que significa que não podem ser sobrepostas em suas imagens no espelho (como uma mão esquerda e uma direita).
Por Charlotte Hsu - 21/04/2021


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Na natureza, muitas moléculas possuem uma propriedade chamada quiralidade, o que significa que não podem ser sobrepostas em suas imagens no espelho (como uma mão esquerda e uma direita).

A quiralidade pode influenciar a função, impactando a eficácia de um produto farmacêutico ou enzimático, por exemplo, ou a percepção do aroma de um composto.

Agora, um novo estudo está promovendo a compreensão dos cientistas de outra propriedade ligada à quiralidade: como a luz interage com os materiais quirais sob um campo magnético.

Pesquisas anteriores mostraram que, em tal sistema, as formas canhotas e destras de um material absorvem luz de maneira diferente, de maneiras que se espelham quando a luz fluindo paralelamente a um campo magnético externo muda de direção, adotando um fluxo antiparalelo. Este fenômeno é denominado dicroísmo magneto-quiral (MChD).

O que faltou, no entanto, em experimentos anteriores, foi uma confirmação de que as observações experimentais correspondem às previsões feitas pela teoria MChD - um passo necessário para verificar a teoria e compreender os efeitos que os cientistas observaram.

O novo artigo, que será publicado em 21 de abril na Science Advances , muda isso. O estudo foi conduzido por Geert LJA Rikken, Ph.D., diretor do Laboratoire National des Champs Magnétiques Intenses na França, e Jochen Autschbach, Ph.D., Professor Larkin de Química da Universidade de Buffalo nos Estados Unidos. Os primeiros autores foram Matteo Atzori, Ph.D., pesquisador do Laboratoire National des Champs Magnétiques Intenses, e UB Chemical Ph.D. estudante Herbert Ludowieg.

"As primeiras previsões teóricas de MChD para luz apareceram na década de 1980. Desde então, um número crescente de observações do efeito foi relatado, mas nenhuma análise quantitativa foi possível confirmar se a teoria subjacente de MChD está correta", diz Rikken. "O novo estudo apresenta medições detalhadas em dois sistemas modelo bem definidos e cálculos químicos quânticos avançados em um deles."

"A equipe do Dr. Rikken fez a primeira observação experimental do MChD em 1997 e, desde então, relatou outros estudos experimentais do efeito em diferentes sistemas", diz Autschbach. "No entanto, só agora é possível uma comparação direta entre um experimento e cálculos teóricos quânticos ab-initio, para uma verificação da teoria de MChD."
 
A pesquisa se concentrou em cristais que consistem nas formas espelhadas de dois compostos: nitrato de tris (1,2-diaminoetano) níquel (II) e nitrato de tris (1,2-diaminoetano) cobalto (II). Como Autschbach explica, "a forma molecular do íon tris (1,2-diaminoetano) metálico (II) no cristal tem uma forma semelhante à de uma hélice. As hélices também vêm em pares de imagens de espelho, que não podem ser sobrepostas."

O laboratório de Rikken fez medições experimentais detalhadas para os dois sistemas estudados, enquanto o grupo de Autschbach aproveitou as instalações de supercomputação da UB, o Center for Computational Research, para realizar cálculos químicos quânticos desafiadores relacionados à absorção de luz pelo composto de níquel (II).

Os resultados, conforme explicado no artigo da Science Advances : "Nós relatamos os espectros de MChD experimentais de baixa temperatura de dois cristais paramagnéticos quirais arquetípicos tomados como sistemas modelo, tris (1,2-diaminoetano) níquel (II) e nitrato de cobalto (II) , para propagação da luz paralela ou perpendicular ao eixo c dos cristais, e o cálculo dos espectros MChD para a derivada de Ni (II) por cálculos químicos quânticos de última geração.

"Ao incorporar o acoplamento vibrônico, encontramos um bom acordo entre o experimento e a teoria, o que abre o caminho para o MChD se desenvolver em uma ferramenta espectroscópica quiral poderosa e fornece insights fundamentais para o projeto químico de novos materiais magnetochiral para aplicações tecnológicas."

Embora o estudo seja no domínio da ciência básica, Rikken observa o seguinte com relação ao potencial futuro do MChD: "Encontramos experimentalmente (para os materiais que estudamos), em baixas temperaturas, a diferença na transmissão de luz paralela e anti paralelo a um modesto campo magnético de 1 Tesla, pouco mais do que o que um ímã de geladeira produz, pode chegar a 10%. Nossos cálculos nos permitem entender isso em detalhes. O tamanho do efeito e sua compreensão detalhada agora abrem a porta para futuras aplicações de MChD, que podem variar de diodos ópticos a novos métodos de armazenamento óptico de dados. "

 

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