Międzynarodowy zespół koordynowany przez naukowców Uniwersytetu Jagiellońskiego odkrył prosty związek koordynacyjny, który można przełączać za pomocą światła. To przełom otwierający drogę do opracowania fotoprzełączalnych nanomagnesów działających w temperaturze pokojowej, z potencjalnym zastosowaniem w inteligentnych materiałach.
Gdy cząsteczki o określonej strukturze elektronowej (zwykle zawierające wiązania sprzężone lub chromofory) pochłaniają światło widzialne, ulegają przeobrażeniom napędzającym kluczowe procesy fotoaktywne, takie jak fotosynteza, konwersja energii słonecznej czy fotokataliza. Stan wzbudzony jest niezwykle krótkotrwały, lecz w niektórych układach może zostać „zamrożony” na tygodnie, a nawet miesiące, zanim powróci do podstawowego. Materiały takie określane są mianem fotoprzełączalnych, a ich potencjał obejmuje m.in. pozyskiwanie energii słonecznej, przetwarzanie i przechowywanie informacji czy projektowanie leków aktywowanych światłem.
Dotychczas większość badanych układów stanowiły cząsteczki organiczne – jednak rzadko wykazują one zmianę własności magnetycznych pod wpływem światła. Z kolei w niektórych związkach nieorganicznych obserwuje się tzw. przejścia spinowe, lecz efekt ten zanika już w bardzo niskich temperaturach ok. -200 stopni Celsjusza, co ogranicza możliwości ich praktycznego zastosowania. Najnowsze badania wskazują, że wykorzystanie fotochemicznych właściwości cyjanometalanów może przenieść te efekty w kierunku dużo wyższych temperatur, otwierając drogę do opracowania magnetycznych fotoprzełączników działających bliżej temperatury pokojowej.
Naukowcy z Uniwersytetu Jagiellońskiego, we współpracy z Uniwersytetem w Bordeaux, Europejskim Ośrodkiem Synchrotronowym ESRF, a także badaczami z Hiszpanii i Niemiec, odkryli cyjanometalan, który można odwracalnie przełączać światłem w wyniku odwracalnej reakcji fotodysocjacji w pojedynczym krysztale.
Nikt z nas nie przypuszczał, że to faktycznie może się udać – przyznaje dr hab. Dawid Pinkowicz z Wydziału Chemii Uniwersytetu Jagiellońskiego. – Jednak kilka lat temu, analizując uważnie doniesienia literaturowe dotyczące reakcji fotodysocjacji w związkach kompleksowych, zorientowaliśmy się, że istnieje szansa na tego typu fotoprzełączanie. W 2022 roku otrzymałem grant ERC Consolidator, którego celem jest właśnie uzyskanie magnesów aktywowanych światłem widzialnym w temperaturze pokojowej w oparciu o reakcje fotodysocjacji – dodaje laureat Nagrody NCN z 2019 roku.
W swoich najnowszych badaniach pokazał, że kryształy heptacyjanomolibdenianu potasu mogą odwracalnie i kolektywnie zrywać i odtwarzać wiązanie metal–cyjanek: światło fioletowe powoduje jego zerwanie, a czerwone – przywraca je, bez uszkodzenia struktury kryształu. To unikatowe, rzadko spotykane i nieniszczące zjawisko pozwala na zmianę momentu magnetycznego centrum metalicznego w rekordowo wysokich temperaturach i pozwala myśleć o realnym projektowaniu materiałów fotomagnetycznych, to znaczy takich, w których właściwości magnetyczne sterowane są światłem. Odkrycie otwiera nowe możliwości dla pamięci masowej opartej na cząsteczkach oraz molekularnych sensorów magneto-optycznych.
Wyniki prac międzynarodowego zespołu ukazały się właśnie na łamach „Nature Communications”.
Bartosz Zawiślak, źródło: UJ