Barevné víry, smyčky a proudy připomínající magnetické bouře nebo abstraktní digitální umění. Přesně tak vypadají mapy elektronových proudů v magnetickém poli, které vytvořil mezinárodní tým s účastí chemiků z CEITEC Masarykovy univerzity při výzkumu molekul obsahujících zlato, rtuť nebo vzácný prvek astat.
To, co na první pohled připomíná vizualizace vesmíru nebo proudění oceánů, se ve skutečnosti odehrává uvnitř samotných molekul. Elektrony zde vytvářejí složité proudy a víry, jejichž tvar se mění podle typu atomu i chemické vazby.
A do celé podívané vstupuje i Einstein. U těžkých prvků se totiž elektrony pohybují tak rychle, že jejich chování ovlivňují efekty speciální relativity. Bez relativistické fyziky by tak některé z těchto zvláštních elektronových obrazců vůbec nevznikly.
Zatímco kolem některých atomů vznikají téměř dokonale symetrické proudy, jiné vytvářejí deformované víry nebo lokální turbulence připomínající malé elektronové bouře. Právě tyto rozdíly vědci detailně zachytili pomocí pokročilých výpočetních metod.
Výsledkem nejsou jen nové poznatky o chování těžkých prvků, ale také vizuálně fascinující pohled do světa, který běžně zůstává lidským očím skrytý.
Vědci podobné jevy studují proto, že právě chování elektronů rozhoduje o tom, jak jsou molekuly stabilní, jak reagují a jaké mají vlastnosti. U těžkých prvků ale klasická chemická pravidla často přestávají stačit - a do hry vstupuje relativita.
Lepší porozumění těmto efektům může v budoucnu pomoci například při návrhu nových katalyzátorů nebo materiálů založených na těžkých kovech. Pro samotné vědce je ale výzkum podobných elektronových struktur také způsobem, jak nahlédnout do jednoho z nejméně intuitivních světů moderní chemie.
Studii publikoval časopis JACS Au.