כיצד פיתול מולקולות משפיע על תכונותיהן? - ד"ר אורי גדרון

Tethered twistacenes

ננו-גרפנים, הנקראים גם אצנים  הינן מולקולות המורכבות משורה אחת של טבעות בנזן. טבעות בנזן ידועות בכך שמתקיים עליהן מצב הנקרא רזוננס: אל איתור של אלקטרונים. במצב זה האלקטרונים "זורמים" על פני המולקולה, ואינם מקובעים אל אטום יחיד, כמו ברוב המולקולות. תכונה זו הופכת את האצנים למוליכים למחצה – חומרים אשר יכולים להוליך חשמל בתנאים מסוימים. חומרים מסוג זה, כמו סיליקון, משמשים רבות בתעשיית האלקטרוניקה. אצנים יכולים להיות מישוריים (דו מימדיים, כמו דף) או בעלי פיתול (תלת מימדיים). עד עתה לא היה ניתן למדוד באופן שיטתי את האפקט של הפיתול על התכונות האלקטרוניות (הולכה) והאופטיות (צבע, למשל) של האצנים. זאת מכיוון שלצורך יצירת פיתול בזוויות שונות היה צורך לשנות את מבנה המולקולה, דבר המשפיע על תכונותיה, וכמו כן, לא היה ניתן "לנעול" את הפיתול לזוויות ספציפיות.  
במאמר חדש של אנג'ן בדי מקבוצתו של פרופ' אורי גידרון, חוברו שני קצוות של אצנים ע"י "גשר" מולקולרי באורכים שונים, וכך ננעלו בזוויות פיתול שונות. הפיתול הוביל לשינויים הדרגתיים בתכונות האופטיות כתלות בזווית, כגון ירידה דרמטית בניצולת פליטת האור (פלואורוסנציה) או היסט הצבע לכוון האדום עם העלייה בפיתול. תוצאה נוספת של הפיתול הינה תכונה הנקראת כיראליות (מלשון "יד" ביוונית), כאשר המולקולה אינה זהה לדמות המראה שלה. בזכות הנעילה של האצנים, ניתן היה לבודד את שתי דמויות המראה של אותה מולקולה )הנקראים אננטיומרים), ולמדוד אותם בנפרד. כל אננטיומר מסובב אור מקוטב בצורה שונה, והערך המנורמל נקרא הערך האנאיזוטרופי. נמצא שלמולקולות אלו ערך אנאיזוטרופי גבוה במיוחד, כאשר חומרים כגון אלו בעלי פוטנציאל לתחום המחשוב קוונטי, או כחיישנים רגישים למולקולות ביולוגיות (אשר רבות מהן כיראליות בעצמן).
 

למאמר (באנגלית)

אתר קבוצת גדרון