Об этом сообщает KURAZH
Международная команда ученых из IBM, Оксфордского и Манчестерского университетов, а также ведущих европейских институтов впервые синтезировала молекулу C13Cl2, обладающую уникальной топологией Мебиуса для электронов. Этот научный прорыв открывает новые возможности для инженерного управления квантовыми свойствами вещества на уровне отдельных атомов.
Революционный подход к созданию молекул
Процесс синтеза C13Cl2 проходил в чрезвычайно строгих условиях, напоминающих работу ювелира с особой точностью. Вместо традиционного смешивания реагентов команда ученых собирала молекулу по одному атому, используя прекурсор, разработанный в Оксфорде. Для этого применялись точные электрические импульсы зонда сканирующего туннельного микроскопа. Все манипуляции выполнялись при температуре, максимально приближенной к абсолютному нулю, чтобы избежать избыточной энергии, которая могла бы разрушить структуру.
Атомно-силовая микроскопия подтвердила, что полученная молекула представляет собой трехмерную конструкцию, которой не существует в природе. Главная особенность — топология Мебиуса: электроны в такой системе движутся по поверхности, имеющей лишь одну сторону и одну границу.
Уникальные квантовые свойства и перспективы
Особенность C13Cl2 заключается в необычном поведении электронов — они поворачиваются на 90° с каждым полным обходом структуры. Для возвращения в начальное квантовое состояние частице необходимо сделать четыре полных оборота. Благодаря этой топологии молекула может существовать в трех формах: правой, левой и нескрученной.
Для моделирования поведения электронов в этой молекуле классических суперкомпьютеров оказалось недостаточно — из-за сложного квантового запутывания. Поэтому исследователи использовали квантовый компьютер IBM, который помог объяснить гелиоидальный псевдоэффект Яна-Теллера — специфический тип квантового взаимодействия, определяющий такую необычную динамику.
«Это исследование доказывает, что мы уже не просто наблюдаем за квантовым миром, а начинаем диктовать ему свои условия».
Уникальная молекула может стать основой для создания молекулярных переключателей, ведь ее различные формы можно переключать с помощью электрических импульсов. Это открывает новый подход к настройке материалов: вместо поиска новых элементов можно изменять уже известные на атомном уровне, формируя желаемые свойства.
Несмотря на то, что до внедрения коммерческих устройств на основе подобных молекул еще далеко, сам факт возможности создания объектов с экзотическими квантовыми характеристиками уже изменяет подходы в материаловедении. В то время как некоторые исследователи разрабатывают квантовые молекулярные лабиринты, другие находят инновационные способы использования привычных материалов, например, переработанного хлопка для производства суперконденсаторов.
