Международная команда исследователей синтезировала молекулу с принципиально новой электронной структурой, которая ранее не встречалась в природе, сообщает ScienceX. В проекте приняли участие специалисты из IBM, университета Манчестера, университета Оксфорда и федеральной высшей технической школы Цюриха.
Электроны в новой молекуле движутся спиральной траекторией. Во время каждого «оборота» их конфигурация поворачивается примерно на 90 градусов и только после четырех полных циклов возвращается в исходное состояние. Такую электронную конфигурацию называют полу-Мёбиусовой топологией. По словам ученых, подобную структуру ранее не только не синтезировали и не наблюдали, но даже не предсказывали теоретически.
Молекулу с формулой C₁₃Cl₂ создали буквально атом за атомом в лаборатории IBM. Исходное вещество подготовили исследователи из Оксфорда, после чего в условиях сверхвысокого вакуума и температуры, близкой к абсолютному нулю, из него поочередно удаляли атомы с помощью точных электрических импульсов.
Полученную структуру исследовали с помощью сканирующего туннельного и атомно-силового микроскопов — технологий, которые также были разработаны в IBM и за создание которых в 1986 году ученые получили Нобелевскую премию.
Однако объяснить необычное поведение молекулы оказалось не менее сложной задачей, чем ее синтезировать. Электроны внутри C₁₃Cl₂ взаимодействуют чрезвычайно сложным образом, и моделирование таких процессов на классических компьютерах требует колоссальных вычислительных ресурсов.
Как объяснил один из авторов исследования Игорь Рончевич из университета Манчестера, классические компьютеры за последнее десятилетие смогли продвинуться лишь от точного моделирования систем с 16 электронами до примерно 18. В то же время использование квантового компьютера IBM позволило смоделировать систему с 32 электронами.
Квантовое моделирование помогло выявить спиральные молекулярные орбитали и понять механизм формирования этой необычной топологии. Кроме того, исследователи показали, что электронную структуру молекулы можно переключать между тремя состояниями — с закручиванием по часовой стрелке, против нее или без закручивания.
По словам вице-президента IBM Алессандро Курьони, исследование стало важным шагом к идее, которую еще десятилетие назад высказал физик Ричард Фейнман — созданию компьютера, способного лучше всего моделировать квантовую физику
Напомним, ранее сообщалось, что ученые открыли новый квантовый состояние материи, которое считали невозможным.
