Bensen í 126 stærðum
Ástralskir vísindamenn lýstu nýlega efnasameind sem lengi hefur vakið athygli þeirra. Talið er að niðurstaða rannsóknarinnar muni hafa áhrif á nýja hönnun á sólarsellum, lífrænum ljósdíóðum og annarri næstu kynslóðar tækni sem sýnir notkun bensens.
bensen lífrænt efnasamband úr hópi arena. Það er einfaldasta kolsýklíska hlutlausa arómatíska kolvetnið. Það er meðal annars hluti af DNA, próteinum, viði og olíu. Efnafræðingar hafa haft áhuga á vandamálinu við uppbyggingu bensens frá því að efnasambandið var einangrað. Árið 1865 setti þýski efnafræðingurinn Friedrich August Kekule fram þá tilgátu að bensen væri sex-atóma sýklóhexatríen þar sem ein- og tvítengi skiptast á kolefnisatóm.
Frá 30. áratugnum hafa umræður verið í gangi í efnahringjum um uppbyggingu bensensameindarinnar. Þessi umræða hefur aukist brýnt á undanförnum árum vegna þess að bensen, sem samanstendur af sex kolefnisatómum tengdum sex vetnisatómum, er minnsta þekkta sameindin sem hægt er að nota við framleiðslu á ljóseindatækni, tæknisviði framtíðarinnar. .
Deilan um byggingu sameindar kemur upp vegna þess að þó hún hafi fáa atómhluta, þá er hún til í ástandi sem er stærðfræðilega lýst ekki af þremur eða jafnvel fjórum víddum (þar á meðal tíma), eins og við vitum af reynslu okkar, en allt að 126 stærðir.
Hvaðan kom þessi tala? Þess vegna er hverri þeirra 42 rafeinda sem mynda sameindina lýst í þrívídd og margföldun þeirra með fjölda agna gefur nákvæmlega 126. Þetta eru því ekki raunverulegar, heldur stærðfræðilegar mælingar. Mælingar á þessu flókna og mjög litla kerfi hafa hingað til reynst ómögulegar, sem gerði það að verkum að ekki var hægt að vita nákvæmlega hegðun rafeindanna í benseni. Og þetta var vandamál, því án þessara upplýsinga væri ekki hægt að lýsa stöðugleika sameindarinnar til hlítar í tæknilegum notum.
Nú hefur hins vegar vísindamönnum undir forystu Timothy Schmidt frá ARC Center of Excellence in Exciton Science og University of New South Wales í Sydney tekist að leysa leyndardóminn. Ásamt samstarfsmönnum hjá UNSW og CSIRO Data61 beitti hann háþróaðri reiknirit sem byggir á aðferð sem kallast Voronoi Metropolis Dynamic Sampling (DVMS) á bensensameindir til að kortleggja bylgjulengdarvirkni þeirra yfir allt 126 stærðir. Þetta reiknirit gerir þér kleift að skipta víddarrýminu í "flísar", sem hver um sig samsvarar umbreytingum á stöðu rafeinda. Niðurstöður þessarar rannsóknar voru birtar í tímaritinu Nature Communications.
Sérstaklega áhugaverður fyrir vísindamenn var skilningur á snúningi rafeinda. „Það sem við fundum kom mjög á óvart,“ segir prófessor Schmidt í ritinu. „Spunarafeindin í kolefni eru tvítengd í þrívíddarsamsetningar með minni orku. Í meginatriðum lækkar það orku sameindarinnar, sem gerir hana stöðugri vegna þess að rafeindunum er ýtt í burtu og hrint frá henni.“ Stöðugleiki sameindar er aftur á móti æskilegur eiginleiki í tæknilegum notkunum.
Sjá einnig:
