Вчені розробляють штучні молекули, які ведуть себе як справжні

Вчені з університету Radboud розробили синтетичні молекули, які нагадують справжні органічні молекули. Співпраця дослідників під керівництвом Алекса Кхаджетуріана та Деніела Вегнера тепер може симулювати поведінку справжніх молекул за допомогою штучних молекул. Таким чином вони можуть налаштувати властивості молекул у спосіб, який зазвичай є складним або нереальним, і вони можуть набагато краще зрозуміти, як змінюються молекули.

Їх стаття опублікована в журналі Science .

Еміль Сієрда, який відповідав за проведення експериментів в Університеті Радбуда, сказав: «Кілька років тому у нас була божевільна ідея побудувати квантовий симулятор . Ми хотіли створити штучні молекули, які нагадують справжні молекули. Тож ми розробили систему, у якій ми можемо вловлювати електрони. Електрони оточують молекулу, як хмара, і ми використали ці захоплені електрони, щоб створити штучну молекулу». Результати, отримані командою, були вражаючими. Сієрда каже: «Подібність між тим, що ми створили, і реальними молекулами була неймовірною».

Зміна молекул

Алекс Кхажетуріан, керівник відділу скануючої зондової мікроскопії (SPM) в Інституті молекул і матеріалів Університету Радбуда, сказав: «Створювати молекули досить складно. Часто важче зрозуміти, як певні молекули реагують, наприклад, як вони змінюються. коли вони перекручені або змінені».

Те, як молекули змінюються та реагують, є основою хімії та призводить до хімічних реакцій, таких як утворення води з водню та кисню. «Ми хотіли змоделювати молекули, щоб мати найкращий набір інструментів, щоб їх згинати та налаштовувати у спосіб, який майже неможливий із реальними молекулами. Таким чином ми можемо щось сказати про справжні молекули, не створюючи їх або не маючи жодних зусиль. з проблемами, які вони представляють, як-от їх форма, що постійно змінюється».

Використовуючи цей симулятор, дослідники створили штучну версію однієї з основних органічних молекул у хімії, бензолу. Бензол є першим компонентом ряду хімічних речовин, наприклад стиролу, який використовується для виробництва полістиролу. Хаджетуріан каже: «Виробляючи бензол, ми змоделювали органічну молекулу підручника та побудували молекулу, яка складається з елементів, які не є органічними». Крім того, молекули в 10 разів більші за їхні реальні аналоги, що полегшує роботу з ними.

Практичне використання

Застосування цієї нової техніки нескінченні. Даніель Вегнер, доцент кафедри SPM, каже: «Ми тільки почали уявляти, для чого ми можемо це використовувати. У нас так багато ідей, що важко вирішити, з чого почати». Використовуючи симулятор, вчені можуть набагато краще зрозуміти молекули та їхні реакції, що допоможе в усіх галузях науки, які тільки можна собі уявити.

Вегнер додає: «Наприклад, створювати нові матеріали для майбутнього комп’ютерного обладнання справді важко. Створюючи імітовану версію, ми можемо шукати нові властивості та функціональні можливості певних молекул і оцінювати, чи варто робити справжній матеріал».

У далекому майбутньому всілякі речі можуть бути можливими: крок за кроком розуміння хімічних реакцій, як у сповільненому відео, або створення штучних одномолекулярних електронних пристроїв, як-от зменшення розміру транзистора на комп’ютерному чіпі. Квантові симулятори навіть пропонують працювати як квантові комп’ютери. Сієрда каже: «Але це ще довгий шлях, тому що зараз ми можемо почати з того, щоб почати розуміти молекули так, як ми ніколи не розуміли раніше». Джерело