Magnetiska strömmar i DNA-molekyler förstås med ny teori

15 November 2019

illustration av modellen

I den nya modellen framgår hur elektronflöden, I, påverkas av yttre krafter, i form av till exempel magnetfält, B, i helixformade molekyler.

Jonas Fransson, professor vid Uppsala universitet, har tagit fram en modell för hur elektroner rör sig i helixformade molekyler när de påverkas av yttre krafter. I modellen tas för första gången hänsyn till elektronernas inbördes växelverkan.

Redan för två årtionden sedan upptäcktes magnetiska strömmar i helixformade molekyler, till exempel i DNA-molekyler. De magnetiska strömmarna har sedan dess förbryllat forskarna men också gett upphov till teorier om hur till exempel fåglar navigerar på jordklotet.

Ett flertal olika experiment har genomförts där helixformade molekyler utsatts för någon form av stark yttre påverkan, så kallad icke-jämvikt, och man har kunnat mäta de magnetiska strömmarna som uppstått. Experimenten har visat att elektronflödet påverkas starkt av magnetfält, vilket är typiskt för magnetiska material och molekyler, eftersom de har ett inneboende magnetiskt moment som kan påverkas med yttre krafter. Men det finns dock inga belägg för att det i de helixformade molekylerna finns ett inneboende magnetiskt moment, vilket har försvårat teoribildningen av de experimentella resultaten.

Hittills har teorin för uppkomsten av den magnetiska aktiviteten modellerats med hjälp av så kallad en-elektronteori. Teorin har bortsett från elektronernas växelverkan, eller korrelationer, med varandra. Med denna teori går det att förklara uppkomsten av magnetisk aktivitet genom symmetribrott på grund av den helixformade geometrin, elektronernas spinn och att systemet inte befinner sig i jämvikt. Men teorin har inte kunnat ge svar på hur elektronflödena förändras till följd av påverkan av yttre krafter.

Jonas Fransson, vid institutionen för fysik och astronomi, har nu föreslagit en ny modell där hänsyn tas till elektronernas inbördes växelverkan. Modellen ger svar på hur elektronflödena påverkas av yttre krafter och ger upphov till olika starka flöden beroende på hur dessa är riktade.

 

Publikation

J. Fransson (2019); Chirality-Induced Spin Selectivity: The Role of Electron Correlations, J. Phys. Chem. Lett. 2019. Publication Date: October 28, 2019, DOI: 10.1021, https://doi.org/10.1021/acs.jpclett.9b02929

 

Camilla Thulin