Benzen v 126 dimenzijah
Avstralski znanstveniki so pred kratkim opisali kemično molekulo, ki že dolgo pritegne njihovo pozornost. Domneva se, da bo rezultat študije vplival na nove zasnove sončnih celic, organskih svetlečih diod in drugih tehnologij naslednje generacije, ki kažejo uporabo benzena.
benzen organska kemična spojina iz skupine arenov. Je najpreprostejši karbociklični nevtralen aromatski ogljikovodik. Je med drugim sestavni del DNK, beljakovin, lesa in olja. Kemike že od izolacije spojine zanima problem strukture benzena. Leta 1865 je nemški kemik Friedrich August Kekule postavil hipotezo, da je benzen šestčlenski cikloheksatrien, v katerem se izmenično izmenjujeta enojna in dvojna vez med atomi ogljika.
Od tridesetih let prejšnjega stoletja v kemičnih krogih poteka razprava o strukturi molekule benzena. Ta razprava je v zadnjih letih postala še bolj nujna, ker je benzen, sestavljen iz šestih atomov ogljika, vezanih na šest atomov vodika, najmanjša znana molekula, ki se lahko uporablja v proizvodnji optoelektronike, tehnološkem področju prihodnosti. .
Polemika o strukturi molekule nastane, ker, čeprav ima malo atomskih komponent, obstaja v stanju, ki je matematično opisano ne s tremi ali celo štirimi dimenzijami (vključno s časom), kot vemo iz naših izkušenj, ampak do 126 velikosti.
Od kod ta številka? Zato je vsak od 42 elektronov, ki sestavljajo molekulo, opisan v treh dimenzijah in če jih pomnožimo s številom delcev, dobimo natanko 126. Torej ne gre za resnične, temveč za matematične meritve. Merjenje tega kompleksnega in zelo majhnega sistema se je doslej izkazalo za nemogoče, kar je pomenilo, da natančnega obnašanja elektronov v benzenu ni bilo mogoče vedeti. In to je bil problem, saj brez teh informacij ne bi bilo mogoče v celoti opisati stabilnosti molekule v tehničnih aplikacijah.
Zdaj pa je znanstvenikom pod vodstvom Timothyja Schmidta iz Centra odličnosti ARC v znanosti Exciton in Univerze v Novem Južnem Walesu v Sydneyju uspelo razkriti skrivnost. Skupaj s kolegi iz UNSW in CSIRO Data61 je uporabil sofisticirano metodo, ki temelji na algoritmu, imenovano Voronoi Metropolis Dynamic Sampling (DVMS), za molekule benzena, da bi preslikal njihove funkcije valovne dolžine po vsem 126 velikosti. Ta algoritem vam omogoča, da razdelite dimenzijski prostor na "ploščice", od katerih vsaka ustreza permutacijam položajev elektronov. Rezultati te študije so bili objavljeni v reviji Nature Communications.
Za znanstvenike je bilo še posebej zanimivo razumevanje vrtenja elektronov. "Kar smo ugotovili, je bilo zelo presenetljivo," v publikaciji ugotavlja profesor Schmidt. »Spin-up elektroni v ogljiku so dvojno vezani v tridimenzionalne konfiguracije z nižjo energijo. V bistvu to zmanjša energijo molekule, zaradi česar je bolj stabilna zaradi odrivanja in odbijanja elektronov." Stabilnost molekule pa je zaželena lastnost v tehničnih aplikacijah.
Glej tudi:
