Впервые за столетие ученые разгадали тайну бензола. Он находится в 126 измерениях!

[Марат ибн Алим]

Австралийские ученые раскрыли одну из фундаментальных загадок химии. Это открытие имеет значение для будущих конструкций солнечных элементов, органических светодиодов и других технологий следующего поколения. Ученые во главе с Тимоти Шмидтом из Центра передовых технологий ARC в области науки об экситонах и UNSW в Сиднее удалось раскрыть тайну бензола — молекулы, находящейся одновременно в 126 измерениях, и результаты оказались неожиданными. Теперь они опубликованы в журнале Nature Communications.

С 30-х годов в химических кругах разгорелись споры о фундаментальной структуре бензола. Это дискуссия, которая в последние годы приобрела особую актуальность, потому что бензол, который состоит из шести атомов углерода и шести атомов водорода, является самой маленькой молекулой, которая может быть использована в производстве оптоэлектронных материалов, которые революционизируют возобновляемую энергию и телекоммуникационные технологии. Кроме того, это компонент ДНК, белков, дерева и нефти.

Спор вокруг структуры молекулы возникает потому, что, хотя она имеет мало атомных компонентов, она существует в состоянии, состоящем не из четырех измерений (как наш «обычный» мир), а в 126 измерениях одновременно!

Измерение такой сложной и крошечной системы до сих пор казалось невозможным, а это означает, что точное поведение бензольных электронов не может быть понято и объяснено.

Профессор Шмидт вместе с коллегами из UNSW и CSIRO Data61 применил сложный метод на основе алгоритма, называемого динамической выборкой Вороного Метрополиса (DVMS), к молекулам бензола, чтобы отобразить их волновые функции во всех 126 измерениях.

Ключом к решению сложной проблемы был новый математический алгоритм, разработанный соавтором доктором Филом Килби из Data61 CSIRO. Алгоритм позволяет ученому разделить размерное пространство на эквивалентные «плитки», каждая из которых соответствует перестановке позиций электронов.

Особый интерес для ученых представляло понимание «вращения» электронов. У всех электронов есть вращение — это свойство, которое создает магнетизм среди других фундаментальных сил, но как они взаимодействуют друг с другом, лежит в основе широкого спектра технологий, от светодиодов до квантовых вычислений.

 

«То, что мы нашли, было очень удивительно. Мы нашли электроны с так называемой двойной спиновой связью, в то время как электроны с пониженной спиновой частотой остались одиночными. Это было не то, что мы ожидали, но это может быть хорошей новостью для будущих технологических применений. По сути, это уменьшает энергию молекулы, делая ее более стабильной, получая электроны, которые отталкивают друг друга, друг от друга».

Тимоти Шмидт, профессор, автор исследования.

 

https://hightech.fm/2020/03/05/benzene