Tokyo Üniversitesi’ndeki bir araştırma grubu, sarmal kiral moleküllerin moleküler titreşimler yoluyla dönüş elde ederek mıknatıslara yapışmalarını sağlayan yeni bir prensip keşfetti. Şimdiye kadar kiral moleküllerin yalnızca elektrik akımı uygulandığında manyetik özellikler gösterebileceğine inanılıyordu. Bu keşif, bu geleneksel anlayışı altüst ediyor.
Helisel bir yapıya sahip olan kiral moleküllerin, kiralitenin neden olduğu spin seçiciliği (CISS) olarak bilinen bir olguda mıknatıslarla etkileşime girdiği bilinmektedir. Örneğin, kiral bir molekül bir mıknatısa bağlandığında ve bir elektrik akımı uygulandığında manyetodirenç etkileri gözlemlenebilir. Mıknatısların sağ-elli ve sol-elli kiral molekülleri ayırmak için kullanılabileceği de bildirildi.
Geçerli açıklama, kiral bir molekül boyunca akım akışının, bir elektromıknatısa benzer manyetik özellikleri indüklediğidir. Bununla birlikte, bu açıklamanın sınırlamaları vardır, çünkü bir elektrik akımının yokluğunda bile gözlemlenen büyük manyetodirenç etkilerini veya CISS olayını tam olarak hesaba katmaz.
Tokyo Üniversitesi Katı Hal Fiziği Enstitüsü’nden Profesör Shinji Miwa, Nagoya Üniversitesi’nden Profesör Tastuhiko Ohto ve işbirlikçi bir araştırma ekibi, bu çalışma için spintronik teknolojisini kullanan özel bir elektrokimyasal hücre geliştirdi.
Altın filmin kalınlığı değiştirilerek ve mevcut değişim analiz edilerek büyüklük ve işaretteki salınım değişiklikleri gözlemlendi (Şekil 2c). Bu sonuçlar kiral moleküller ve mıknatıs arasında katmanlar arası değişim bağlantısının varlığını göstermektedir.
Bağlantının ardındaki mekanizmayı anlamak için kiral moleküllerin elektrik akımı olmadığında nasıl manyetik özellikler kazandığını belirlemek gerekir. Araştırmacılar, kiral moleküllerdeki titreşim hareketinin, manyetik alanın yönüne bakılmaksızın, yalnızca kiraliteye bağlı olan spinin ortaya çıkmasına yol açtığını buldu. Şekil 2d, birinci prensip hesaplamalarının teorik sonuçlarını göstermektedir.
Bu çalışma deneysel olarak CISS fenomeninin katmanlar arası değişim eşleşmesinden kaynaklandığını göstermektedir. Ayrıca kiral moleküllerin, uygulanan bir akıma ihtiyaç duymadan moleküler titreşimler yoluyla spin kazanabildiğini ve manyetik özellikler sergileyebildiğini ortaya koymaktadır. Bu mekanizma elektrik akımına dayanmadığı için kimyasal reaksiyonlar ve biyolojik süreçler de dahil olmak üzere çeşitli ortamlarda evrensel olarak meydana gelebilir.
Bu yeni anlayışın kimya ve yaşam bilimleri de dahil olmak üzere çok çeşitli alanlarda gelecekteki araştırmalara ve uygulamalara yol açması bekleniyor.
