126次元のベンゼン

オーストラリアの科学者たちは最近、彼らを長い間魅了してきた化学分子について説明しました。 研究の成果は、太陽電池、有機発光ダイオード、その他のベンゼンを使用できる次世代技術の新しい設計に影響を与えると考えられています。

ベンゼンは有機化合物です。 これは、最も単純な炭素環式の中性芳香族炭化水素です。 それはDNA、タンパク質、木材、そして油の一部です。 ベンゼンの構築の問題は、この化合物が切断されて以来、化学者にとって興味深いものでした。 1865年、ドイツの化学者フリードリッヒアウグストケクレは、ベンゼンは、炭素原子間で単結合と二重結合が交互に現れる六方環を持つシクロヘキサトリエンであると仮定しました。

画像ソース：Pixabay

1930年代以降、ベンゼン分子の構造について化学界で議論が行われてきました。 この議論は、XNUMXつの炭素原子とXNUMXつの水素原子を組み合わせたベンゼンが、技術の先駆的な分野であるオプトエレクトロニクス材料の製造に使用できる最小の既知の分子であるため、近年激化しています。
分子の構造をめぐる論争は、原子の構成要素は少ないものの、私たちの経験からわかっている126次元または42次元（時間も含む）では数学的に記述されていない状態で存在するために発生します。 126次元。 この番号はどこから来たのですか？ 粒子内のXNUMX個の電子はそれぞれXNUMX次元で記述され、それらに粒子の数を掛けるとXNUMXになります。したがって、これらは実際の次元ではなく、数学的な次元です。 この複雑で非常に小さなシステムの測定はこれまで不可能であることが証明されているため、ベンゼン中の電子の正確な振る舞いは不明でした。 そして、それは問題でした。なぜなら、この情報がなければ、技術的なアプリケーションで分子の耐久性を完全に説明することは不可能だからです。
しかし現在、ARCセンターオブエクセレンスインエキシトンサイエンスのティモシーシュミットとシドニーのニューサウスウェールズ大学のティモシーシュミットの指導の下で働いている科学者たちは、この謎をなんとか解決しました。 UNSWとCSIROData61の同僚と一緒に、彼はボロノイメトロポリスダイナミックサンプリング（DVMS）と呼ばれる複雑なアルゴリズムベースの方法をベンゼン分子に適用して、126次元すべてで波形関数をマッピングしました。 このアルゴリズムにより、次元空間を「タイル」に分割できます。各タイルは、電子位置の順列に対応しています。 これらの研究の結果は、ジャーナル「NatureCommunications」に掲載されました。 科学者にとって特に興味深いのは、電子スピンの理解でした。 「私たちが発見したことは非常に驚くべきことでした」とシュミット教授は出版物の中で述べています。 「炭素の二重結合とスピンが上向きに結合した電子が、より少ないエネルギーでXNUMX次元構成に結合されます。これにより、分子のエネルギーが大幅に減少し、電子の反発と回避によって分子がより安定します。粒子の安定性は、テクニカルアプリケーションで望ましい機能です。