Прорыв: Ученые разработали искусственные молекулы, которые ведут себя как настоящие

Ученые из Университета Радбоуда разработали синтетические молекулы, которые напоминают настоящие органические молекулы.

Группа исследователей под руководством Алекса Хаджеториана и Даниэля Вегнера теперь может моделировать поведение настоящих молекул с помощью искусственных молекул. Таким образом, они могут изменять свойства молекул таким образом, который обычно является сложным или нереальным, и могут гораздо лучше понять, как молекулы изменяются.

Эмиль Серда, который руководил экспериментами в Университете Радбоуда: «Несколько лет назад у нас возникла безумная идея создать квантовый симулятор. Мы хотели создать искусственные молекулы, которые были бы похожи на настоящие молекулы. Поэтому мы разработали систему, в которой можно поймать электроны. Электроны окружают молекулу, как облако, и мы использовали эти захваченные электроны для создания искусственной молекулы».

Результаты были поразительными.

Серда:

Сходство между тем, что мы построили, и настоящими молекулами было поразительным.

Изменяя молекулы

Алекс Хаджеторианс, руководитель отдела сканирующей зондовой микроскопии (СЗМ) Института молекул и материалов Университета Радбоуда: «Создавать молекулы достаточно сложно. Зачастую сложнее понять, как реагируют определенные молекулы, например, как они меняются при скручивании или изменении». То, как молекулы изменяются и реагируют, является основой химии и приводит к химическим реакциям, таким как образование воды из водорода и кислорода. Мы хотели смоделировать молекулы, чтобы иметь максимальный набор инструментов для их сгибания и настройки таким образом, который практически невозможен для настоящих молекул. Таким образом, мы можем сказать что-то о настоящих молекулах, не создавая их и не сталкиваясь с проблемами, которые они представляют, например, с их постоянно меняющейся формой».

Бензол

Используя этот симулятор, исследователи создали искусственную версию одной из основных органических молекул в химии: бензола. Бензол является исходным компонентом для огромного количества химических веществ, например, стирола, который используется для получения полистирола. Хаджеториан:

Создав бензол, мы смоделировали органическую молекулу из учебника и построили молекулу, состоящую из элементов, которые не являются органическими.

Кроме того: молекулы в 10 раз больше своих реальных аналогов, что облегчает работу с ними.

Практическое применение

Возможности применения этой новой техники безграничны. Даниэль Вегнер, доцент кафедры СПМ: «Мы только начали представлять, для чего мы можем это использовать. У нас так много идей, что трудно решить, с чего начать». Используя симулятор, ученые смогут гораздо лучше понять молекулы и их реакции, что поможет во всех областях науки, которые только можно себе представить. Вегнер: „Например, новые материалы для будущего компьютерного оборудования очень трудно изготовить. Создавая симуляцию, мы можем искать новые свойства и функциональные возможности определенных молекул и оценивать, стоит ли создавать настоящий материал“. В далеком будущем возможны самые разные вещи: понимание химических реакций шаг за шагом, как в замедленном видео, или создание искусственных одномолекулярных электронных устройств, например, уменьшение размера транзистора на компьютерном чипе. Предполагается даже, что квантовые симуляторы будут работать как квантовые компьютеры. Серда: „Но до этого еще далеко, а пока мы можем начать понимать молекулы так, как никогда не понимали раньше“.

08.06.2023