เบนซิน 126 ขนาด
นักวิทยาศาสตร์ชาวออสเตรเลียเพิ่งบรรยายถึงโมเลกุลเคมีที่ดึงดูดความสนใจของพวกเขามานานแล้ว เชื่อกันว่าผลการศึกษาจะส่งผลต่อการออกแบบเซลล์แสงอาทิตย์แบบใหม่ ไดโอดเปล่งแสงอินทรีย์ และเทคโนโลยีรุ่นต่อไปอื่นๆ ที่แสดงการใช้เบนซิน
เบนซิน สารประกอบอินทรีย์เคมีจากกลุ่มอารีน เป็นอะโรมาติกไฮโดรคาร์บอนที่เป็นกลางแบบคาร์โบไซคลิกที่ง่ายที่สุด เป็นส่วนประกอบของ DNA โปรตีน ไม้และน้ำมัน นักเคมีมีความสนใจในปัญหาโครงสร้างของเบนซินตั้งแต่การแยกตัวของสารประกอบ ในปี พ.ศ. 1865 นักเคมีชาวเยอรมันชื่อ ฟรีดริช ออกัส เคกูเล ตั้งสมมติฐานว่าเบนซีนเป็นไซโคลเฮกซาเทรียนที่มีสมาชิกหกตัว ซึ่งมีพันธะเดี่ยวและพันธะคู่สลับกันระหว่างอะตอมของคาร์บอน
นับตั้งแต่ทศวรรษที่ 30 มีการถกเถียงกันในวงการเคมีเกี่ยวกับโครงสร้างของโมเลกุลเบนซีน การอภิปรายนี้ได้เพิ่มความเร่งด่วนมากขึ้นในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา เนื่องจากเบนซีนซึ่งประกอบด้วยอะตอมของคาร์บอน XNUMX อะตอมที่ถูกพันธะกับไฮโดรเจน XNUMX อะตอม เป็นโมเลกุลที่เล็กที่สุดที่รู้จักซึ่งสามารถนำมาใช้ในการผลิตออปโตอิเล็กทรอนิกส์ ซึ่งเป็นเทคโนโลยีแห่งอนาคต .
การโต้เถียงรอบ ๆ โครงสร้างของโมเลกุลเกิดขึ้นเพราะถึงแม้จะมีองค์ประกอบอะตอมเพียงเล็กน้อย แต่ก็มีอยู่ในสถานะที่อธิบายทางคณิตศาสตร์ไม่ใช่สามมิติหรือสี่มิติ (รวมถึงเวลา) ดังที่เราทราบจากประสบการณ์ของเรา แต่ มากถึง 126 ขนาด.
ตัวเลขนี้มาจากไหน? ดังนั้น อิเล็กตรอน 42 ตัวแต่ละตัวที่ประกอบกันเป็นโมเลกุลจึงมีคำอธิบายเป็นสามมิติ และคูณด้วยจำนวนอนุภาคจะได้ 126 ตัว ดังนั้นสิ่งเหล่านี้จึงไม่ใช่ของจริง แต่เป็นการวัดทางคณิตศาสตร์ การวัดระบบที่ซับซ้อนและมีขนาดเล็กมากนี้พิสูจน์แล้วว่าเป็นไปไม่ได้ ซึ่งหมายความว่าไม่สามารถทราบพฤติกรรมที่แน่นอนของอิเล็กตรอนในน้ำมันเบนซินได้ และนี่คือปัญหา เพราะหากไม่มีข้อมูลนี้ จะไม่สามารถอธิบายความเสถียรของโมเลกุลได้อย่างเต็มที่ในการใช้งานทางเทคนิค
อย่างไรก็ตาม ในปัจจุบัน นักวิทยาศาสตร์ที่นำโดย Timothy Schmidt จาก ARC Center of Excellence in Exciton Science และ University of New South Wales ในซิดนีย์ สามารถไขปริศนานี้ได้ ร่วมกับเพื่อนร่วมงานที่ UNSW และ CSIRO Data61 เขาได้ใช้วิธีการที่ใช้อัลกอริทึมที่ซับซ้อนซึ่งเรียกว่า Voronoi Metropolis Dynamic Sampling (DVMS) กับโมเลกุลเบนซีนเพื่อทำแผนที่ฟังก์ชันความยาวคลื่นทั้งหมด 126 ขนาด. อัลกอริธึมนี้ช่วยให้คุณแบ่งพื้นที่มิติออกเป็น "ไทล์" ซึ่งแต่ละอันสอดคล้องกับพีชคณิตของตำแหน่งของอิเล็กตรอน ผลการศึกษานี้ตีพิมพ์ในวารสาร Nature Communications
สิ่งที่น่าสนใจเป็นพิเศษสำหรับนักวิทยาศาสตร์คือการทำความเข้าใจการหมุนของอิเล็กตรอน “สิ่งที่เราพบนั้นน่าประหลาดใจมาก” ศาสตราจารย์ชมิดท์ตั้งข้อสังเกตในเอกสารนี้ “อิเล็กตรอนแบบหมุนขึ้นในคาร์บอนถูกพันธะคู่ในรูปแบบสามมิติที่มีพลังงานต่ำกว่า โดยพื้นฐานแล้ว มันลดพลังงานของโมเลกุล ทำให้มีเสถียรภาพมากขึ้นเนื่องจากอิเล็กตรอนถูกผลักออกไปและขับไล่" ในทางกลับกัน ความคงตัวของโมเลกุลเป็นคุณลักษณะที่พึงประสงค์ในการใช้งานทางเทคนิค
ดูเพิ่มเติม:
