بنزين في أبعاد 126

وصف علماء أستراليون مؤخرًا جزيءًا كيميائيًا لطالما فتنهم. من المعتقد أن نتائج البحث سيكون لها تأثير على التصميمات الجديدة للخلايا الشمسية ، والصمامات الثنائية الباعثة للضوء العضوية ، وتقنيات الجيل التالي الأخرى التي يمكن استخدام البنزين فيها.

البنزين مركب كيميائي عضوي. إنه أبسط هيدروكربونات عطرية كربونية حلقية ومحايدة. إنه جزء من الحمض النووي والبروتينات والخشب والزيت. كانت مشكلة بناء البنزين محل اهتمام الكيميائيين منذ قطع هذا المركب. في عام 1865 ، افترض الكيميائي الألماني فريدريش أوجست كيكوليه أن البنزين عبارة عن هيكساترين حلقي بحلقة سداسية تتناوب فيها الروابط الفردية والمزدوجة بين ذرات الكربون.

مصدر الصورة: Pixabay

كان هناك نقاش في الدوائر الكيميائية حول بنية جزيء البنزين منذ الثلاثينيات. اشتد هذا الجدل في السنوات الأخيرة لأن البنزين ، الذي يتكون من ست ذرات كربون مدمجة مع ست ذرات هيدروجين ، هو أصغر جزيء معروف يمكن استخدامه في تصنيع المواد الإلكترونية الضوئية ، وهو مجال رائد في التكنولوجيا.
ينشأ الجدل حول بنية الجزيء لأنه ، على الرغم من أنه يحتوي على عدد قليل من المكونات الذرية ، إلا أنه موجود في حالة لا يتم وصفها رياضيًا بالأبعاد الثلاثة أو حتى الأربعة (بما في ذلك الوقت) التي نعرفها من تجربتنا ، ولكن حتى 126 أبعاد. من أين أتى هذا الرقم؟ كل إلكترون من الـ 42 إلكترونًا في الجسيم موصوف في ثلاثة أبعاد ، وإذا ضربتهم في عدد الجسيمات ، فستحصل على 126. لذا فهذه ليست حقيقية ، لكنها أبعاد رياضية. لقد أثبت قياس هذا النظام المعقد والصغير جدًا أنه مستحيل حتى الآن ، لذلك لم يكن السلوك الدقيق للإلكترونات في البنزين معروفًا. وكانت هذه مشكلة ، لأنه بدون هذه المعلومات لن يكون من الممكن وصف متانة الجزيء بشكل كامل في التطبيقات التقنية.
الآن ، ومع ذلك ، نجح العلماء الذين يعملون مع Timothy Schmidt من مركز ARC للتميز في Exciton Science وجامعة New South Wales في سيدني تحت إشراف Timothy Schmidt في حل هذا اللغز. جنبًا إلى جنب مع زملائه من UNSW و CSIRO Data61 ، طبق طريقة معقدة قائمة على الخوارزمية تسمى Voronoi Metropolis Dynamic Sampling (DVMS) لجزيئات البنزين لتعيين وظائف شكل الموجة في جميع الأبعاد البالغ عددها 126. تمكن هذه الخوارزمية من تقسيم مساحة الأبعاد إلى "بلاطات" ، يتوافق كل منها مع تباديل مواضع الإلكترون. ونشرت نتائج هذه الدراسات في مجلة "Nature Communications". كان فهم دوران الإلكترون ذا أهمية خاصة للعلماء. يشير البروفيسور شميدت في المنشور إلى أن "ما اكتشفناه كان مفاجئًا للغاية". "تتحد الإلكترونات الموجودة في الرابطة المزدوجة للكربون مع الدوران لأعلى في تكوينات ثلاثية الأبعاد ذات طاقة أقل. وهذا يقلل بشكل كبير من طاقة الجزيء ويجعل الجزيء أكثر استقرارًا بفضل إلكترونات صد وتهرب. استقرار الجسيمات ، بدوره ، هي ميزة مرغوبة في التطبيقات التقنية.