Группа исследователей из Токийского университета обнаружила новый принцип, согласно которому хиральные молекулы приобретают спин за счёт молекулярных колебаний, что позволяет им притягиваться к магнитам. До сих пор считалось, что хиральные молекулы могут проявлять магнитные свойства только при подаче электрического тока. Это открытие опровергает такое традиционное представление.
Хиральные молекулы, имеющие спиралевидную структуру, известны тем, что взаимодействуют с магнитами в рамках явления, известного как спин-селективность, индуцированная хиральностью (CISS). Например, когда хиральная молекула соединяется с магнитом и подаётся электрический ток, можно наблюдать эффекты магнитосопротивления. Также сообщалось, что магниты можно использовать для разделения правовращающих и левовращающих хиральных молекул.
Преобладающее объяснение состоит в том, что поток тока через хиральную молекулу индуцирует магнитные свойства, подобно электромагниту. Однако это объяснение имеет ограничения, поскольку не полностью учитывает большие эффекты магнитосопротивления или явления CISS, наблюдаемые даже при отсутствии электрического тока.
Профессор Синдзи Мива из Института физики твёрдого тела Токийского университета, профессор Тастухико Оото из Университета Нагоя и группа исследователей разработали специализированную электрохимическую ячейку с использованием технологии спинтроники для этого исследования.
Путем изменения толщины золотой плёнки и анализа изменения тока были обнаружены колебательные изменения величины и знака (рис. 2c). Эти результаты указывают на наличие межслойной обменной связи между хиральными молекулами и магнитом.
Чтобы понять механизм связи, необходимо определить, как хиральные молекулы приобретают магнитные свойства в отсутствие электрического тока. Исследователи обнаружили, что колебательное движение в хиральных молекулах приводит к появлению спина, который зависит исключительно от хиральности, независимо от направления магнитного поля. На рис. 2d показаны теоретические результаты расчётов из первых принципов.
Это исследование экспериментально демонстрирует, что явление CISS возникает из-за межслойной обменной связи. Кроме того, оно показывает, что хиральные молекулы могут приобретать спин и проявлять магнитные свойства за счёт молекулярных колебаний, без необходимости подачи тока. Поскольку этот механизм не зависит от электрического тока, он может проявляться повсеместно в различных средах, включая химические реакции и биологические процессы.
Ожидается, что это новое понимание приведёт к будущим исследованиям и приложениям в широком спектре областей, включая химию и науки о жизни.
Предоставлено Токийским университетом.