Մանչեսթերի համալսարանի գիտնականները սինթեզել են եզակի տոպոլոգիայով մոլեկուլ, որի կառուցվածքը պահանջում է չորս լիարժեք պտույտ՝ ելակետին վերադառնալու համար: Սա նույնիսկ ավելի բարդ է, քան հայտնի Մյոբիուսի ժապավենը, որտեղ բավական է երկու պտույտը: Աշխատանքը հրապարակվել է Science ամսագրում:

Ի՞նչ մոլեկուլ է սա

Մոլեկուլը բաղկացած է ընդամենը ածխածնի 13 և քլորի 2 ատոմներից, որոնք միացած են օղակով: Սակայն դրա տարածական կոնֆիգուրացիան այնքան անսովոր է, որ եթե պատկերացնենք դրա վրայով շարժվող մասնիկ, ապա նույն կողմին վերադառնալու համար նա պետք է օղակը շրջանցի չորս անգամ:

«Եթե հիպոթետիկ մասնիկը շարժվեր նման մոլեկուլի վրայով, նա պետք է օղակը շրջանցեր չորս անգամ՝ ելակետին վերադառնալու համար», — պարզաբանում են հեղինակները:

Սա աշխարհում առաջին մոլեկուլն է, որի տոպոլոգիան պահանջում է չորս պտույտ: Համեմատության համար՝ դասական Մյոբիուսի ժապավենն ունի մեկ «կիսապտույտ» և պահանջում է երկու անցում՝ նույն մակերեսին վերադառնալու համար:

Ինչպե՞ս են այն ստացել

Սինթեզն իրականացվել է ոսկե բարակ մակերևույթի վրա՝ ծայրահեղ ցածր ջերմաստիճանում: Ատոմները մանիպուլյացիայի են ենթարկվել հատ-հատ՝ ատոմա-ուժային և սկանավորող թունելային մանրադիտակների օգնությամբ. սա փաստացի մոլեկուլի «հավաքում» է ձեռքով՝ ատոմային մակարդակում:

Անսովոր ձևն առաջացել է էլեկտրոնային ալիքների առանձնահատկությունների պատճառով. էլեկտրոնները բաշխվում են ամբողջ մոլեկուլով մեկ՝ ձևավորելով բարդ ինտերֆերենցիոն նախշեր: Հենց դրանց փոխազդեցությունն էլ «ստիպել է» կառուցվածքին ոլորվել նման կոնֆիգուրացիայով:

Ոլորվածության կառավարումը

Ամենահետաքրքիրն այն է, որ մոլեկուլը կարելի է «փոխակերպել»: Փոքր էլեկտրամագնիսական իմպուլսի օգնությամբ գիտնականները փոխել են ոլորվածության ուղղությունը (ձախից աջ) կամ ամբողջությամբ «ուղղել» այն՝ դարձնելով հարթ օղակ: Սա ճանապարհ է բացում կառավարվող տոպոլոգիայով մոլեկուլային փոխակերպիչների և նանոսարքերի ստեղծման համար:

Հաշվարկների համար օգտագործվել են ոչ միայն դասական սուպերհամակարգիչները, այլև IBM-ի քվանտային համակարգիչը, որն ավելի լավ է հաղթահարում բարդ էլեկտրոնային փոխազդեցությունների մոդելավորումը:

Ինչու՞ է սա պետք

Այս աշխատանքը ցույց է տալիս նախապես տրված եռաչափ տոպոլոգիայով մոլեկուլների կառուցման նոր միջոց: Ապագայում նման կառուցվածքները կարող են կիրառություն գտնել.

  • մոլեկուլային սենսորներում,
  • նանոէլեկտրոնիկայում,
  • քվանտային հաշվարկներում,
  • հատուկ օպտիկական կամ մեխանիկական հատկություններով նյութերում:

Կարճ ասած

Մանչեսթերի համալսարանի քիմիկոսները սինթեզել են ածխածնի 13 և քլորի 2 ատոմներից բաղկացած մոլեկուլ, որի տոպոլոգիան պահանջում է չորս պտույտ՝ ելակետին վերադառնալու համար: Սա ավելի բարդ է, քան Մյոբիուսի ժապավենը: Այն հավաքվել է ոսկե մակերևույթի վրա՝ ատոմա-ուժային մանրադիտակի օգնությամբ: Մոլեկուլը կարելի է փոխակերպել ձախ, աջ և հարթ վիճակների միջև: