Magyar tudósok az élet megértéséért
A szerves anyagoknak van egy bal- és egy jobbkezes változatuk, amelyek egymás tükörképei. A földi élőlényekben azonban kizárólagosan az egyik módosulat fordul csak elő. Ennek oka napjainkig ismeretlen, megértése azonban segíthet az élet kialakulásának tisztázásában is.
Bizonyos mágneses anyagok egyik legfontosabb jellemzője, az úgynevezett kiralitás a mágneses térrel változtatható – ez az egyik legfontosabb megállapítása annak a tanulmánynak, amelyet a Mihály György akadémikus által vezetett, MTA-BME Kondenzált Anyagok Fizikája nevű kutatócsoportnak, valamint a Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem (BME) fizika tanszékének kutatói japán és észt szakemberekkel közösen publikáltak a rangos Nature Physicsben.
„A szerves anyagok, nukleinsavak, fehérjék és cukrok szinte kivétel nélkül királisak: azaz van egy bal- és egy jobbkezes változatuk, amelyek egymás tükörképei. Bioszféránkat azonban homokiralitás jellemzi, vagyis a földi élőlényekben kizárólagosan az egyik módosulat fordul csak elő. Ennek oka napjainkig ismeretlen, megértése azonban segíthet az élet kialakulásának tisztázásában is” – olvasható a Magyar Tudományos Akadémia honlapján.
Mint az MTA hírportálja rámutat, a két királis forma legtöbb fizikai tulajdonsága (olvadáspont, szín és molekulatömeg) megegyezik, azonban kölcsönhatásuk egy másik királis objektummal eltérő. Megkülönböztetésük és szelektív szintézisük kiemelkedően fontos feladat a gyógyszergyártásban, hiszen a „homokiralitású” emberek számára az egyik konfiguráció gyógyító hatású, a másik pedig akár mérgező is lehet. A kiralitás vizsgálatára napjainkban a legelterjedtebb módszer a jobbra, illetve a balra cirkulárisan polarizált fény elnyelődésében tapasztalható különbségnek, az úgynevezett cirkuláris dikroizmusnak a meghatározása.
A magyar kutatók kimutatták, hogy mágneses anyagok esetén az elektronok egyik tulajdonsága, impulzusmomentuma (spinje, perdülete) is okozhat kiralitást. A perdület egy test azon törekvése, hogy fenntartsa forgómozgásának állapotát. Mértéke arányos a tehetetlenségi nyomatékkal és a szögsebességgel. A kvantummechanikában a spin a részecskék saját, belső impulzusmomentuma, vagyis a pályamenti impulzusmomentummal ellentétben független a részecske mozgásától.
„Eredményük kitágítja az ismert optikai jelenségek körét, újabb lehetőséget adva a két királis forma megkülönböztetésére. A felfedezést az ultragyors, úgynevezett femtoszekundumos lézerrel keltett, terahertz frekvenciájú elektromágneses sugárzás alkalmazása tette lehetővé. A kutatók által vizsgált speciális mágneses anyag különlegessége, hogy külső mágneses tér használatával a jobb- és balkezes módosulatai egymásba alakíthatók, szemben a szerves molekulák (szerkezetből adódó) kiralitásával” – emeli ki az MTA honlapja. (A terahertz ezermilliárd – azaz billió – hertz.)
A tanulmány felhívja a figyelmet egy új optikai effektusra is, az úgynevezett magneto-királis dikroizmusra, amely kizárólag királis mágneses anyagokban figyelhető meg. Az ilyen kristályok optikai egyenirányítóként működhetnek, hiszen a mágnesezettséggel párhuzamosan, egymással ellentétes irányban terjedő fénynyalábok esetén az egyiket a kristály elnyeli, míg a másik gyengítés nélkül halad tovább. A mágneses tér megfordításával az elnyelő és az átlátszó terjedési irányok felcserélhetők. A kutatók által megfigyelt, szokatlanul erős, majdnem 100 százalékos magneto-királis effektus ígéretes mérföldkő az ilyen anyagok mágneses térrel kapcsolható optikai egyenirányítóként történő alkalmazásában.
Mihály György szerint elsősorban az optikai adatközlésben lehet jelentősége az eredménynek, az erős hatás erősítheti például az adatátvitel sebességét.