Бензен во 126 димензии

Австралиските научници неодамна опишаа хемиска молекула која долго време го привлекуваше нивното внимание. Се верува дека резултатот од студијата ќе влијае на новите дизајни на соларни ќелии, органски диоди кои емитуваат светлина и други технологии од следната генерација кои покажуваат употреба на бензен.

бензен органско хемиско соединение од групата арени. Тоа е наједноставниот карбоцикличен неутрален ароматичен јаглеводород. Тоа е, меѓу другото, компонента на ДНК, протеини, дрво и масло. Хемичарите биле заинтересирани за проблемот на структурата на бензенот уште од изолацијата на соединението. Во 1865 година, германскиот хемичар Фридрих Август Кекуле претпоставил дека бензенот е шестчлен циклохексатриен во кој единечни и двојни врски се наизменично меѓу атоми на јаглерод.

Од 30-тите, во хемиските кругови се водат дискусии за структурата на молекулата на бензенот. Оваа контроверзност доби дополнителна итност во последниве години бидејќи бензенот, составен од шест јаглеродни атоми поврзани со шест атоми на водород, е најмалата позната молекула што може да се користи во производството на оптоелектроника, технолошка област на иднината. .

Контроверзноста околу структурата на молекулата се јавува затоа што, иако има малку атомски компоненти, таа постои во состојба која математички е опишана не со три или дури четири димензии (вклучувајќи време), како што знаеме од нашето искуство, туку до 126 големини.

Од каде овој број? Според тоа, секој од 42-те електрони кои ја сочинуваат молекулата е опишан во три димензии, а со нивно множење со бројот на честички се добиваат точно 126. Значи, ова не се реални, туку математички мерења. Мерењето на овој комплексен и многу мал систем досега се покажа невозможно, што значеше дека не може да се знае точното однесување на електроните во бензенот. И ова беше проблем, бидејќи без оваа информација не би било можно целосно да се опише стабилноста на молекулата во техничките апликации.

Сега, сепак, научниците предводени од Тимоти Шмит од ARC Центарот за извонредност во науката Exciton и Универзитетот на Нов Јужен Велс во Сиднеј успеаја да ја откријат мистеријата. Заедно со колегите од UNSW и CSIRO Data61, тој примени софистициран метод базиран на алгоритам наречен Voronoi Metropolis Dynamic Sampling (DVMS) на молекулите на бензен за да ги мапира нивните функции на бранова должина на сите 126 големини. Овој алгоритам ви овозможува да го поделите димензионалниот простор на „плочки“, од кои секоја одговара на пермутациите на позициите на електроните. Резултатите од оваа студија беа објавени во списанието Nature Communications.

Од особен интерес за научниците беше разбирањето на спинот на електроните. „Она што го најдовме беше многу изненадувачки“, забележува професорот Шмит во публикацијата. „Спин-ап електроните во јаглеродот се двојно поврзани во тродимензионални конфигурации со пониска енергија. Во суштина, ова ја намалува енергијата на молекулата, што ја прави постабилна поради истиснување и одбивање на електроните“. Стабилноста на молекулата, пак, е пожелна карактеристика во техничките апликации.