Про це розповідає KURAZH
Міжнародна команда науковців із IBM, Оксфордського, Манчестерського університетів та провідних європейських інститутів вперше синтезувала молекулу C13Cl2, яка має унікальну топологію Мебіуса для електронів. Цей науковий прорив відкриває нові можливості для інженерного керування квантовими властивостями речовини на рівні окремих атомів.
Революційний підхід до створення молекул
Процес синтезу C13Cl2 відбувався за надзвичайно суворих умов, що нагадує роботу ювеліра з особливою точністю. Замість традиційного змішування реагентів команда вчених збирала молекулу по одному атому, використовуючи прекурсор, розроблений в Оксфорді. Для цього застосовували точні електричні імпульси зонда скануючого тунельного мікроскопа. Усі маніпуляції виконувалися при температурі, максимально наближеній до абсолютного нуля, щоб уникнути зайвої енергії, яка могла б зруйнувати структуру.
Атомно-силова мікроскопія підтвердила, що отримана молекула являє собою тривимірну конструкцію, якої не існує в природі. Головна особливість — топологія Мебіуса: електрони в такій системі рухаються поверхнею, що має лише одну сторону і одну межу.
Унікальні квантові властивості та перспективи
Особливість C13Cl2 полягає у незвичайній поведінці електронів — вони повертають на 90° з кожним повним обходом структури. Для повернення у початковий квантовий стан частинці необхідно зробити чотири повних оберти. Завдяки цій топології, молекула може існувати у трьох формах: правій, лівій і нескрученій.
Для моделювання поведінки електронів у цій молекулі класичних суперкомп’ютерів виявилося недостатньо — через складне квантове заплутування. Тому дослідники використали квантовий комп’ютер IBM, який допоміг пояснити гелікоїдальний псевдоефект Яна-Теллера — специфічний тип квантової взаємодії, що визначає таку незвичну динаміку.
“Це дослідження доводить, що ми вже не просто спостерігаємо за квантовим світом, а починаємо диктувати йому свої умови”.
Унікальна молекула може стати основою для створення молекулярних перемикачів, адже її різні форми можна перемикати за допомогою електричних імпульсів. Це відкриває новий підхід до налаштування матеріалів: замість пошуку нових елементів можна змінювати вже відомі на атомному рівні, формуючи бажані властивості.
Попри те, що до впровадження комерційних пристроїв на основі подібних молекул ще далеко, сам факт можливості створення об’єктів з екзотичними квантовими характеристиками вже змінює підходи у матеріалознавстві. У той час, як деякі дослідники розробляють квантові молекулярні лабіринти, інші знаходять інноваційні способи використання звичних матеріалів, наприклад, переробленої бавовни для виробництва суперконденсаторів.
