Nedavno objavljen znanstveni članak Boldizsára Jankóa, fizičara sa Sveučilišta Notre Dame i njegovih kolega otkriva nove podatke o jednoj od najdugoviječnijih zagonetki fizikalne kemije.

Prije više od jednog stoljeća, u samu zoru moderne kvantne mehanike, slavni fizičar Neils Bohr, dobitnik Nobelove nagrade, predvidio je tzv. “kvantne skokove”. Prema njegovom predviđanju, do kvantnih skokova dolazi u trenutku prelaska elektrona između diskretnih energetskih razina pojedinih atoma odnosno molekula. Iako je na početku Bohrova teorija bila pomalo kontroverzna, ona je osamdesetih godina prošlog stoljeća eksperimentalno dokazana i opće prihvaćena. Jedno desetljeće kasnije, razvojem i usavršavanjem spektroskopskih metoda postalo je moguće promatrati elektronske prijelaze u izoliranim molekulama.

Eksperimentalno se ti kvantni skokovi pojavljuju u obliku prekida u inače kontinuiranom emisionom spektru izolirane molekule. Taj je fenomen inače poznat kao fluorescentna intermitencija ili “treptaj”.

Iako se određeni tipovi treptaja mogu direktno povezati s originalnim Bohrovim kvantnim skokovima, postoji još mnogo slučajeva gdje opažena fluorescentna intermitencija ne pokazuje svojstva koja bi bila u skladu s Bohrovim predviđanjima. Takve se devijacije od Bohrovih predviđanja mogu opaziti u najrazličitijim sustavima, od sustava koji sadrže fluorescentne proteine, preko izoliranih molekula, fotosintetskih kompleksa, izoliranih organskih fluorofora pa sve do nedavno otkrivenih anorganskih nanostruktua. Kao posljedica, gotovo svi poznati fluorofori, uključujući i fluorescentne kvantne točke, šipke i žice, u svom emisijonom spektru pokazuju neočekivane epizode intermitentnog treptaja.

Dosad je na području kvantne mehanike prevladavalo mišljenje kako povremene epizode treptaja nisu međusobno povezane. Ipak, na konferenciji održanoj 2007. godine, na kojoj se raspravljalo upravo o tom fenomenu, Fernando Stefani sa Sveučilišta u Buenos Airesu prezentirao je istraživanje kojim je utvrđeno kako bi mogle postojati veze između tih povremenih prekida u emisionom spektru. Konferencija je održana pod okriljem Instituta za teoretska znanstvena istraživanja, koji radi kao dio Sveučilišta Notre Dame, a ravnatelj je upravo Jankó. U to vrijeme nije postojao niti jedan teoretski model koji bi mogao objasniti takve pojave.

U članku objavljenom 2008. godine u znanstvenom časopisu Nature Physics, Jankó i njegovi kolege predložili su sljedeće: povremeni treptaji, kvantne točke, u intermitentnom nanokristalu slijede univerzalni zakon distribucije energije. Svoj doprinos tom istraživanju, između ostalih, dali su Ken Kuno, profesor kemije na Sveučilištu Notre Dame, Pavel Frantsuzov, gost predavač na Odsjeku fizike i Rudolph Marcus, dobitnik Nobelove nagrade. To je istraživanje Jankóu i njegovim suradnicima pružilo sasvim nov uvid u problematiku. Prvi su put mogli uočiti naznake fizikalnog mehanizma koji se nalazi u pozadini širokog spektra povremenih slučajeva intermitencije.

U članku objavljenom u znanstvenom časopisu Nano Letters, Jankó, Frantsuzov i Sándor Volkán-Kascó, student Sveučilišta Notre Dame, objavljuju kako su razvili model koji objašnjava fenomen treptaja kojeg je Stefani prethodno opazio eksperimentalno. Ovo je otkriće važna potvrda postojanja jake veze između pojavljivanja i nestanka fenomena intermitencije. Kada bi se moglo kontrolirati proces treptaja, kvantne bi točke mogle, na primjer, omogućiti jasniji uvid u strukturu molekula raka, omogućiti liječnicima praćenje razvoja virusne infekcije (poput zaraze HIV-om) u stvarnom vremenu, dovesti do razvoja nove generacije zaslona za računala, mobilne telefone i ostale elektronske uređaje. Takav bi se materijal mogao iskoristiti i za izradu izuzetno kvalitetnih gromobrana za kuće i poslovne zgrade.

Članak objavljen u znanstvenom časopisu Nano Letters predstavlja još jedan veliki korak prema boljem razumijevanju uzroka fenomena treperenja molekula i pronalasku načina na koji bi se takav fenomen mogao kontrolirati.

Izvor: University of Notre Dame

Tražili ste na google-u:

• fizikalni fenomeni slike (4)
• vijesti o znanosti (2)
• marcus - nobelova nagrada (1)