Прорыв: ученые разрабатывают искусственные молекулы, которые ведут себя как настоящие

Эмиль Сьерда, ответственный за проведение экспериментов в Университете Радбауд: «Несколько лет назад у нас возникла сумасшедшая идея построить квантовый симулятор. Мы хотели создать искусственные молекулы, которые напоминали бы настоящие молекулы. Поэтому мы разработали систему, в которой можно улавливать электроны. Электроны окружают молекулу, как облако, и мы использовали эти захваченные электроны, чтобы построить искусственную молекулу». Результаты, полученные командой, были ошеломляющими. Сьерда: «Сходство между тем, что мы построили, и реальными молекулами было поразительным».

Изменение молекул

Алекс Хаджетурян, руководитель отдела сканирующей зондовой микроскопии (СЗМ) Института молекул и материалов Университета Радбауд: «Создать молекулы достаточно сложно. Зачастую сложнее понять, как реагируют определенные молекулы, например, как они изменяются, когда их скручивают или изменяют». То, как молекулы изменяются и реагируют, является основой химии и приводит к химическим реакциям, таким как образование воды из водорода и кислорода. «Мы хотели моделировать молекулы, чтобы иметь идеальный набор инструментов для их сгибания и настройки способами, которые практически невозможны с реальными молекулами. Таким образом, мы сможем что-то сказать о реальных 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 огромного количества химических веществ, таких как стирол, который используется для производства полистирола. Хаджетурцы: «Создавая бензол, мы смоделировали органическую молекулу из учебника и построили молекулу, состоящую из неорганических элементов». Более того: молекулы в 10 раз больше, чем их реальные аналоги, что облегчает работу с ними.

Практическое использование

Применение этой новой техники безгранично. Дэниел Вегнер, доцент кафедры СЗМ: «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 в любой мыслимой научной области. Вегнер: «Например, очень сложно производить новые материалы для будущего компьютерного оборудования. Создав смоделированную версию, мы сможем найти новые свойства и функциональные возможности определенных молекул и оценить, стоит ли создавать настоящий материал». В далеком будущем могут стать возможными самые разные вещи: пошаговое понимание химических реакций, как в замедленном видео, или создание искусственных одномолекулярных электронных устройств, например уменьшение размера транзистора на компьютерном чипе. Квантовые симуляторы предлагается даже использовать в качестве квантовых компьютеров. Сьерда: «Но это долгий путь, поскольку сейчас мы можем начать с того, чтобы начать понимать молекулы так, как мы никогда раньше не понимали».