Міжнародна команда дослідників синтезувала молекулу із принципово новою електронною структурою, яка раніше не зустрічалася у природі, повідомляє ScienceX. У проекті взяли участь фахівці з IBM, університету Манчестера, університету Оксфорда та федеральної вищої технічної школи Цюріха.
Електрони у новій молекулі рухаються спіральною траєкторією. Під час кожного «обороту» їхня конфігурація повертається приблизно на 90 градусів і тільки після чотирьох повних циклів повертається у вихідний стан. Таку електронну конфігурацію називають напів-мебіусової топологією. За словами вчених, подібну структуру раніше не тільки не синтезували та не спостерігали, але навіть не передбачали теоретично.
Молекулу з формулою C ₁₃ Cl ₂ створили буквально атом за атомом у лабораторії IBM. Вихідну речовину підготували дослідники з Оксфорда, після чого в умовах надвисокого вакууму і температури, близької до абсолютного нуля, з нього послідовно видаляли атоми за допомогою точних електричних імпульсів.
Отриману структуру досліджували за допомогою скануючого тунельного та атомно-силового мікроскопів — технологій, які також були розроблені в IBM та за створення яких у 1986 році вчені отримали Нобелівську премію.
Однак пояснити незвичайну поведінку молекули виявилося не менш складним завданням, ніж її синтезувати. Електрони всередині C ₁₃ Cl ₂ взаємодіють надзвичайно складним чином, і моделювання таких процесів на класичних комп'ютерах потребує колосальних обчислювальних ресурсів.
Як пояснив один із авторів дослідження Ігор Рончевич з університету Манчестера, класичні комп'ютери за останнє десятиліття змогли просунутися лише від точного моделювання систем з 16 електронами до 18. У той же час використання квантового комп'ютера IBM дозволило змоделювати систему з 32 електронами.
Квантове моделювання допомогло виявити спіральні молекулярні орбіталі та зрозуміти механізм формування цієї незвичайної топології. Крім того, дослідники показали, що електронну структуру молекули можна перемикати між трьома станами - із закручуванням за годинниковою стрілкою, проти неї або без закручування.
За словами віце-президента IBM Алессандро Курйоні, дослідження стало важливим кроком до ідеї, яку ще десятиліття тому висловив фізик Річард Фейнман — створення комп'ютера, здатного найкраще моделювати квантову фізику.
Нагадаємо, раніше повідомлялося, що вчені відкрили новий квантовий стан матерії, який вважали за неможливе.
