Το αζοβενζένιο αποτελεί ένα από τα πιο γνωστά μόρια που λειτουργούν ως φωτορυθμιζόμενοι διακόπτες. Ωστόσο, ο ακριβής μηχανισμός με τον οποίο αλλάζει δομή στα πρώτα τρισεκατομμυριοστά του δευτερολέπτου μετά την απορρόφηση φωτός παρέμενε άγνωστος για σχεδόν 50 χρόνια.
Έρευνα με επικεφαλής τον καθηγητή Hyotcherl Ihee από το KAIST και το Ινστιτούτο Βασικής Επιστήμης (IBS) της Κορέας, η οποία δημοσιεύθηκε στο περιοδικό Nature, έδωσε απάντηση σε αυτό το επιστημονικό ερώτημα.
Ο μηχανισμός κίνησης των ατόμων αζώτου
Το μόριο αποτελείται από δύο δακτυλίους βενζενίου που συνδέονται με δύο άτομα αζώτου. Κατά την απορρόφηση φωτός, μεταβαίνει από τη μορφή trans στη μορφή cis. Οι επιστήμονες διαφωνούσαν για δεκαετίες σχετικά με το αν η μετάβαση γίνεται μέσω περιστροφής των δακτυλίων, ευθυγράμμισης του κεντρικού δεσμού ή συνδυαστικής στρέψης.
Χρησιμοποιώντας το λέιζερ ελεύθερων ηλεκτρονίων ακτίνων Χ στο PAL-XFEL, η ερευνητική ομάδα κατέγραψε τη μεταβολή της δομής του μορίου σε διάλυμα μεθανόλης. Με κατάλληλη μαθηματική επεξεργασία, απομόνωσε το ασθενές σήμα του αζοβενζενίου από αυτό του διαλύτη, ανασυνθέτοντας την κίνηση σε μορφή οπτικού υλικού.
Αποτελέσματα και σημασία για τον σχεδιασμό υλικών
Τα ευρήματα έδειξαν ότι οι δύο μεγάλοι δακτύλιοι βενζενίου παραμένουν σχεδόν σταθεροί στην αρχή. Η αντίδραση ξεκινά με μια συντονισμένη κίνηση των δύο ατόμων αζώτου στο κέντρο, η οποία παρομοιάζεται με την κίνηση των πεταλιών ενός ποδηλάτου.
Αυτός ο μηχανισμός εξηγεί γιατί η ταχύτητα της αντίδρασης δεν επηρεάζεται σημαντικά από ιξώδη διαλύματα, καθώς δεν απαιτείται η εκτόπιση μεγάλης ποσότητας υγρού. Η ανακάλυψη αυτή προσφέρει θεμελιώδη δεδομένα για τον μελλοντικό σχεδιασμό φωτοαποκρινόμενων υλικών και μοριακών μηχανών.
