Die Muonenspinspektroskopie (µSR) hat bedeutende Fortschritte im Verständnis reaktiver Spezies auf atomarer Ebene enthüllt. Ein Forschungsteam unter der Leitung von außerordentlichem Professor Shigekazu Ito vom Institut für Wissenschaft Tokio, Japan, hat diese Technik genutzt, um die regiospezifische Muonierung von peri-Trifluormethyl-12-Phosphatetraphen 1 zu untersuchen. Ihre Ergebnisse, die am 7. Januar 2025 online in Scientific Reports veröffentlicht wurden, zeigen, wie Muonen mit lokalen Magnetfeldern interagieren und Einblicke in die Struktur und Dynamik des Materials bieten.
Die Studie zeigt, dass Muonen, die in die phosphorhaltige Verbindung eingeführt werden, ein Muonium (Mu) bilden, das dann ausschließlich mit dem Phosphoratoms reagiert, um einen stabilen, aber hochreaktiven muonierten Radikal zu erzeugen. Dieser Prozess wurde mithilfe der transversalen Feld-µSR (TF-µSR) Spektroskopie überwacht, die die Effizienz der Reaktion sogar bei niedrigen Konzentrationen bestätigte.
„Durch die Nutzung der µSR-Spektroskopie konnten wir den Prozess der regiospezifischen Muonierung im Detail beobachten und direkte Beweise für die reaktive Natur des Phosphors in dieser Struktur liefern“, sagte Ito. Die Fähigkeit, dieses Radikal bei niedrigen Konzentrationen zu untersuchen, eröffnet neue Möglichkeiten zur Untersuchung reaktiver Spezies in verschiedenen molekularen Systemen.
Berechnungen der Dichtefunktionaltheorie (DFT) erhellten zudem die elektronische Struktur und Stabilität des muonierten Radikals und zeigten, dass seine Stabilisierung auf eine flache, π-dezentrale Form zurückzuführen ist. Diese Stabilisierung verhindert die Bildung einer thermodynamisch bevorzugten Struktur und verbessert somit die Reaktivität.
Besonders bemerkenswert ist, dass die Studie Temperaturabhängigkeiten identifizierte, die die Struktur des Radikals beeinflussen, und aufzeigte, wie steigende Temperaturen zur Stabilisierung führen. Diese Erkenntnisse könnten erhebliche Auswirkungen auf zukünftige Forschungen zum Verhalten und zur Stabilisierung von Radikalen haben.
Die Implikationen dieser Forschung erstrecken sich auf die Materialwissenschaften und die Biologie, insbesondere in der Entwicklung von Elektronenspin-funktionalen Materialien und regulatorischen Substanzen für Nukleinsäuren. Der Prozess der regiospezifischen Muonierung verbessert die Stabilität und Reaktivität von phosphorhaltigen Radikalen und zeigt das Potenzial der µSR-Spektroskopie zur Untersuchung reaktiver Spezies auf atomarer Ebene.