Молекула пиррола доказала влияние квантовой механики на молекулярном уровне

Движение кольцеобразной молекулы пиррола по металлической поверхности не подчиняется сформированным на протяжении многих лет законам классической физики. Воспользовавшись сверхчувствительными технологиями, ученые выяснили, что законы квантовой физики оказывают влияние на окружающий мир не только на субатомном уровне, но и на молекулярном. Ученые химического факультета Кембриджского университета и Кавендишской лаборатории заявили, что в случае с пирролом, квантовые законы, касающиеся движения внутренних составных частей молекулы, коренным образом изменяют движение молекулы в целом.

pyrrole21

Центральная часть молекулы пиррола представляет собой плоскую пентаграмму из пяти атомов (четыре атома углерода и один атом азота). Каждый из атомов также имеет дополнительный атом водорода, выходящий наружу молекулы подобно спицам в велосипедном колесе.


Группа ученых во главе с Барбарой Лехнер в ходе эксперимента ставила задачу определить количество необходимой энергии для движения пиррола по медной поверхности. Полученные результаты исследования показали существенные отклонения и неточности в сравнении с предполагаемыми расчетными значениями, что и подтолкнуло группу к открытию природы движения молекул на квантовом уровне.

Немного ранее в ходе исследования более простых молекул ученым удалось точно рассчитать значение «активационного барьера» — количество энергии, которая необходима для того, чтобы ослабить связь молекулы с поверхностью. В результате это позволило осуществлять движение в соответствии с теорией функционала плотности – метод расчета энергии, который рассматривает электроны, переплетающиеся вокруг атомов, в соответствии с теорией квантовой механики и атомные ядра, используя законы классической физики.

Предполагаемое учеными значение «активационного барьера» для пиррола оказалось в три раза меньше, чем значение, полученное в ходе экспериментов. Ученые долго думали и списали все на квантовое явление, которое известно как нулевая энергия.

В классической физике движущийся объект теряет энергию до тех пор, пока полностью не остановится. В квантовом мире полной остановки не существует и в любом объекте всегда остается некоторое количество энергии, которую порой невозможно измерить. Это и есть нулевая энергия.

Ранее ученые связывали явление нулевой энергии только с движением атомов, содержащихся в молекулах. Они считали, что количество нулевой энергии столь незначительно, что не может оказать влияние на движение массивных молекул. Но с обнаружением «квантовой природы» движения внутренних составных частей молекулы, которые коренным образом изменяют движение молекулы в целом, ученые бросили вызов законам классической физики.

Но почему эффект проявления квантовой механики на молекулярном уровне удалось экспериментально подтвердить на примере молекулы пиррола? Ученые объясняют это очень низким значением того самого «активационного барьера» для данной молекулы.

«Понимание природы молекулярного движения по поверхностям металлов очень важно, поскольку в последнее время прилагаются очень большие усилия для создания двухмерных сетей из кольцеобразных молекул, которые найдут применение в оптических, электронных и спинтронных устройствах будущего», — сказал доктор Стивен Дженкинс из Кембриджского университета. – «Баланс между энергией активации и энергетическим барьером, который заставляет молекулы придерживаться поверхности, играет решающее значение в определении того, какие сети можно создавать в различных условиях».

2 комментария Оставить свой

  1. lesniks

    Понимание природы молекулярного движения по пов

  2. Nepster

    Вот ужэ ближе к делу ещё бы создать генератор и всё батерейки с месячным зарядом ужэ в кармане.

Новый комментарий

Для отправки комментария вы должны авторизоваться или зарегистрироваться.