Tim hemičara i fizičara sintetisao je prsten od 13 ugljenikovih atoma sa hlorima na pozicijama 1 i 7 koji se spontano uvija za 90° i spaja dva konjugovana pod‑sistema u jedinstven 24‑elektronski sistem. Novo svojstvo nazvano je polu‑Mobius topologija i dovodi do jedinstvenih elektronskih i magnetskih osobina. Molekul postoji u dve kiralne forme koje se mogu međusobno prebacivati primenom malog napona; rezultati su podržani kvantnim proračunima i objavljeni u Science.
Otkrivena 'polu-Mobius' molekula koja se uvija 90° i formira novi 24‑elektronski sistem
An illustration of a Mӧbius strip — a ribbon twisted 180 degrees then joined up with itself. Chemists have created a novel 'half-Mӧbius' molecule with truly unusual properties. | Credit: Jorg Greuel via Getty Images
Naučnici su sintetisali jedinstvenu molekulu sa neobičnom, do sada neviđenom elektronskom strukturom koju su nazvali polu‑Mobius topologija. Ovaj novi oblik molekulske arhitekture menja način na koji elektroni delokalizuju u cikličnim sistemima i otvara nove puteve za dizajn materijala sa specifičnim elektronskim i magnetskim svojstvima.
Kako je molekul građen?
Tim koji su predvodili Igor Rončević (University of Manchester) i Leo Gross (IBM Zurich) oblikovao je prsten od 13 atoma ugljenika sa dva atoma hlora vezana na pozicijama 1 i 7. Ti hlorovi su podelili prsten na dva izolovana konjugovana pod‑sistema: jedna polovina ima 13 elektronа, druga 11. Neparan broj elektrona na stranama stvara tenziju — elektroni „žele“ da se uparuju.
Šta znači „polu‑Mobius“?
Umesto standardne (ravne) konjugacije ili potpune 180° Mobius rotacije, prsten se spontano uvije tačno za 90° — jedan hlor se pomeri nagore, drugi nadole — da bi se poravnala dva pod‑sistema i omogućilo mešanje orbitala. Kao rezultat, dva odvojena skupa elektrona postaju jedinstven sistem od 24 elektrona, sa svojom karakterističnom elektronskom i magnetskom strukturom koja se razlikuje i od standardnih prstenova i od klasičnih Mobius molekula.
Kiralnost i kontrola naponom
Zbog ograničenog ugla uvijanja, molekul postoji u dve enantiomerne forme (levo i desno uvijena). Iznimno je važno to što su istraživači uspeli da jednim malim spoljnim naponom prebacuju pojedinačnu molekulu između tih dveju kiralnih formi — kontrola koja je uobičajenim hemijskim metodama izuzetno teško dostižna. Takva preklopiva kiralnost može imati implikacije za sintezu lekova, optoelektronske uređaje i katalizu.
Podrška proračunima i značaj otkrića
Eksperimentalne rezultate istraživači su potvrdili detaljnim kvantnim proračunima, pri čemu je kompleksnost polu‑Mobius elektronske strukture zahtevala upotrebu najmodernijih računarskih metoda (navodi se i upotreba savremenih kvantnih računara). Rad je objavljen 5. marta u časopisu Science.
„Zaista smo napravili molekul koji ima potpuno novu elektronsku strukturu i želimo da vidimo šta je još moguće,“ rekao je Leo Gross, naglašavajući mogućnost proširenja koncepta na višestruke polu‑uvijanja ili isprepletene varijante.
Otkriće proširuje osnovno razumevanje topologije u hemiji i otvara nove „podešivače“ za inženjering materijala sa kontrolisanim elektronskim i magnetnim svojstvima.
Pomozite nam da budemo bolji.
