Bardziej efektywne „multi-przełączalne” cząsteczki usprawnią działanie magazynów danych
Fotochromy – inaczej cząsteczki, które mogą istnieć w dwóch stanach – można „przełączać” między jednym stanem, a drugim, wykorzystując do tego wiązkę światła. Cząsteczki te mają wiele zastosowań, od zmieniających kolor szkieł do okularów po magazyny danych. Obecnie naukowcy chcą zwiększyć możliwości fotochromów, poprawiając ich właściwości w zakresie przełączania. Uczestnicy finansowanego ze środków UE projektu MARCHES (Modelling of Architectures Ruled by Coupled or Heightened Excited States) położyli fundamenty, które pozwolą w przyszłości stworzyć bardziej wydajne „multifotochromy”. Te składające się z kilku przełączalnych elementów umieszczonych na tym samym rdzeniu molekularnym cząsteczki mogą potencjalnie zwiększyć ilość danych przejmowanych przez pojedynczą molekułę z jednego bita do jednego bajta lub więcej. „Większość stosowanych obecnie związków zawierających dwa przełączniki molekularne lub więcej jest mało efektywna – zwykle prawidłowo funkcjonuje tylko jeden z nich. Naszym głównym celem było zaprojektowanie multi przełączalnych cząsteczek przy wykorzystaniu narzędzi do modelowania metodami chemii kwantowej, a w szczególności czasowo zależnej teorii funkcjonału gęstości. Cząsteczki te umożliwią nam w przyszłości produkowanie bardziej złożonych i wydajnych urządzeń” – wyjaśnia Denis Jacquemin, koordynator projektu MARCHES. W ramach projektu naukowcy opracowali nowe metody modelowania molekularnego pozwalające skwantyfikować oddziaływania wzajemne między różnymi fotochromami wewnątrz jednej molekuły. Dzięki temu odkryli mechanizmy fizyczne stojące za istniejącymi ograniczeniami związanymi z molekułami multifotochromowymi. „Cele, jakie postawiliśmy sobie sami w projekcie MARCHES były bardzo ambitne. Procesy przełączania są indukowane światłem, z tego powodu wymagają wykonania obliczeń dla wielu wzbudzonych stanów elektronowych. Jednakże udało się nam stworzyć szereg nowych, wzajemnie uzupełniających się modeli dla kilku scenariuszy, a uzyskane na ich podstawie wyniki były zgodne z wynikami doświadczalnymi” – mówi Jacquemin. Modele te można teraz wykorzystać do zaprojektowania bardziej wydajnych fotochromów, które przyczynią się do powstania sprawniejszych urządzeń do magazynowania danych i innych rozwiązań technologicznych, takich jak fotochromowe obiekty zmieniające barwę w zakresie więcej niż dwóch kolorów, nowoczesne zabawki czy odzież. W ramach projektu MARCHES dokonano również innych odkryć. Jak dotąd opatentowano trzy z nich: alternatywne cykle syntezy porfiryny do zastosowań optycznych np. w ogniwach słonecznych, przeznaczone do urządzeń oświetleniowych materiały zdolne do generowania światła białego oraz światłoczuły papier z ukrytymi oznaczeniami nadający się m.in. do produkcji opakowań. Po zakończeniu projektu naukowcy zajęli się badaniem barwników fluorescencyjnych do zastosowań medycznych oraz półilościowym przewidywaniem wydajności reakcji chemicznych w stanach wzbudzonych. Bardziej precyzyjne prognozy teoretyczne z pewnością pozwolą posunąć naprzód prace nad stworzeniem molekuł fluorescencyjnych o lepszych właściwościach. „Nasi naukowcy dokonali znaczących postępów w zakresie związków modelowych. Jesteśmy coraz bliżej zastosowania ich w rzeczywistym świecie, np. w ulepszonych urządzeniach oświetleniowych” – podsumowuje Jacquemin.
Słowa kluczowe
MARCHES, cząsteczki przełączalne, znaczniki fluorescencyjne, oświetlenie, okulary przeciwsłoneczne, opakowania