Впервые синтезирована молекула с электронным полуоборотом Мёбиуса

Знаковый прорыв на стыке химии и квантовой физики совершила международная группа ученых из IBM, Оксфорда, Манчестерского университета, ETH Zurich, EPFL и Регенсбургского университета. Исследователям удалось синтезировать уникальную молекулу C13Cl2, обладающую электронной топологией в виде полуленты Мёбиуса. Результаты этой фундаментальной работы, опубликованной в журнале Science, открывают новые горизонты в прецизионном управлении квантовыми состояниями материи.

Процесс создания структуры представлял собой поатомную сборку, реализованную с помощью сверхточных электрических импульсов. В качестве основы использовался разработанный в Оксфорде прекурсор, а сам эксперимент проходил в условиях криогенных температур, близких к абсолютному нулю. Это позволило с ювелирной точностью сформировать сложную трехмерную конфигурацию, не имеющую природных аналогов.

Иллюстрация: IBM, University of Manchester

Для подтверждения характеристик полученного соединения применялись методы сканирующей туннельной и атомно-силовой микроскопии. Выяснилось, что электроны в этой системе при каждом цикле совершают поворот на 90°, возвращаясь в исходную фазу лишь после четырех полных оборотов. Возможность переключения топологии между право-, левозакрученной и плоской формами наглядно доказывает потенциал инженерного проектирования электронных свойств вещества.

Моделирование столь сложной системы оказалось невыполнимой задачей для классических вычислительных мощностей из-за высокого уровня квантовой запутанности. Ключ к пониманию процессов дал квантовый компьютер IBM, позволивший расшифровать механизм взаимодействия — так называемый геликоидальный псевдоэффект Яна-Теллера, определяющий необычное поведение частиц.

Исследователи полагают, что топология может стать новым регулируемым параметром для калибровки свойств инновационных материалов. Экспериментально подтвержденная возможность переключения энантиомеров (зеркальных форм) молекулы с помощью напряжения на зонде микроскопа открывает путь к созданию молекулярных переключателей и высокотехнологичных компонентов для квантовых устройств.

Данная работа демонстрирует, что современный инструментарий позволяет не просто наблюдать за микромиром, но и конструировать объекты с экзотическими квантовыми характеристиками, которые ранее считались чисто теоретическими. Это достижение знаменует собой начало новой эры на пересечении химии, физики и передовых квантовых вычислений.

Источник: iXBT