Benzen trong 126 chiều
Các nhà khoa học Úc gần đây đã mô tả một phân tử hóa học thu hút sự chú ý của họ từ lâu. Người ta tin rằng kết quả của nghiên cứu sẽ ảnh hưởng đến các thiết kế mới của pin mặt trời, điốt phát sáng hữu cơ và các công nghệ thế hệ tiếp theo khác cho thấy việc sử dụng benzen.
benzen hợp chất hóa học hữu cơ từ nhóm arenes. Nó là hydrocacbon thơm trung tính vòng đơn giản nhất. Trong số những thứ khác, nó là một thành phần của DNA, protein, gỗ và dầu. Các nhà hóa học đã quan tâm đến vấn đề cấu trúc của benzen kể từ khi phân lập được hợp chất này. Năm 1865, nhà hóa học người Đức Friedrich August Kekule đưa ra giả thuyết rằng benzen là một xiclohexatriene sáu thành phần trong đó các liên kết đơn và đôi xen kẽ giữa các nguyên tử carbon.
Kể từ những năm 30, các cuộc thảo luận đã diễn ra trong giới hóa học về cấu trúc của phân tử benzen. Cuộc tranh cãi này đã trở nên cấp bách hơn trong những năm gần đây vì benzen, được tạo thành từ sáu nguyên tử carbon liên kết với sáu nguyên tử hydro, là phân tử nhỏ nhất được biết đến có thể được sử dụng trong sản xuất quang điện tử, một lĩnh vực công nghệ của tương lai. .
Tranh cãi xung quanh cấu trúc của một phân tử nảy sinh bởi vì, mặc dù nó có ít thành phần nguyên tử, nhưng nó tồn tại ở trạng thái được mô tả bằng toán học không phải bởi ba hoặc thậm chí bốn chiều (bao gồm cả thời gian), như chúng ta biết từ kinh nghiệm của mình, mà là lên đến 126 kích cỡ.
Con số này đến từ đâu? Do đó, mỗi trong số 42 electron tạo nên phân tử được mô tả theo ba chiều và nhân chúng với số lượng hạt sẽ cho kết quả chính xác là 126. Vì vậy, đây không phải là các phép đo thực, mà là các phép đo toán học. Cho đến nay, việc đo lường hệ thống phức tạp và rất nhỏ này vẫn chưa thể thực hiện được, điều đó có nghĩa là không thể biết chính xác hành vi của các electron trong benzen. Và đây là một vấn đề, bởi vì nếu không có thông tin này thì sẽ không thể mô tả đầy đủ tính ổn định của phân tử trong các ứng dụng kỹ thuật.
Tuy nhiên, giờ đây, các nhà khoa học do Timothy Schmidt thuộc Trung tâm Xuất sắc về Khoa học Exciton ARC và Đại học New South Wales ở Sydney đứng đầu đã tìm cách làm sáng tỏ bí ẩn. Cùng với các đồng nghiệp tại UNSW và CSIRO Data61, ông đã áp dụng một phương pháp phức tạp dựa trên thuật toán có tên là Lấy mẫu động Voronoi Metropolis (DVMS) cho các phân tử benzen để ánh xạ các chức năng bước sóng của chúng trên tất cả các phân tử. 126 kích cỡ. Thuật toán này cho phép bạn chia không gian chiều thành các "ô", mỗi ô tương ứng với các hoán vị vị trí của các electron. Kết quả của nghiên cứu này đã được công bố trên tạp chí Nature Communications.
Các nhà khoa học đặc biệt quan tâm đến sự hiểu biết về spin của các electron. Giáo sư Schmidt lưu ý trong ấn phẩm: “Những gì chúng tôi tìm thấy rất đáng ngạc nhiên. “Các electron spin-up trong carbon được liên kết đôi thành các cấu hình ba chiều năng lượng thấp hơn. Về cơ bản, điều này làm giảm năng lượng của phân tử, khiến nó ổn định hơn do các electron bị đẩy ra xa." Sự ổn định của một phân tử, ngược lại, là một đặc tính mong muốn trong các ứng dụng kỹ thuật.
Xem thêm:
