Nowy układ molekularny z wyjątkowymi właściwościami
Nowa cząsteczka ma postać pierścienia zbudowanego z atomów węgla, lecz jej wyjątkowość nie wynika z samego kształtu, a z zachowania elektronów. Zamiast poruszać się po zwykłej pętli, tworzą one skręcony układ przypominający słynną wstęgę Möbiusa, a więc powierzchnię mającą tylko jedną stronę. W tym przypadku skręt jest jednak jeszcze bardziej subtelny: elektrony zmieniają swoją fazę stopniowo, o 90 stopni przy każdym okrążeniu pierścienia, co oznacza, iż pełny cykl powtarza się dopiero po czterech obiegach.
To właśnie ta cecha sprawia, że mamy do czynienia z zupełnie nową klasą topologii elektronowej, której – jak podkreślają badacze – wcześniej nie tylko nie zaobserwowano, ale nawet nie przewidziano teoretycznie. W praktyce oznacza to, iż chemicy mogą teraz projektować materiały o właściwościach wynikających nie tylko z rodzaju atomów, ale i ze sposobu, w jaki “skręcone” są ich chmury elektronowe.
Samo stworzenie cząsteczki było ogromnym wyzwaniem technologicznym. Naukowcy budowali ją atom po atomie, wykorzystując zaawansowane techniki mikroskopii skaningowej w temperaturach bliskich zera absolutnego. Dopiero po jej skonstruowaniu możliwe było dokładne zbadanie jej struktury oraz potwierdzenie niezwykłych właściwości.
Komputery kwantowe po raz kolejny ratują fizyków
Kluczową rolę odegrały przy tym komputery kwantowe. Złożoność oddziaływań elektronów w tej cząsteczce okazała się zbyt duża dla klasycznych metod obliczeniowych. Dopiero symulacje przeprowadzone na sprzęcie kwantowym pozwoliły zrozumieć mechanizm odpowiedzialny za jej nietypową strukturę i potwierdzić jej istnienie. To jeden z pierwszych przypadków, gdy komputery kwantowe nie tylko wspierają badania, ale realnie umożliwiają odkrycie nowych zjawisk w chemii.
Nowa cząsteczka wykazuje również zdolność do przełączania się między różnymi stanami: może przyjmować formę lewoskrętną, prawoskrętną oraz klasyczną, pozbawioną skrętu konfigurację. To sugeruje, jakoby w przyszłości podobne układy mogły znaleźć zastosowanie w elektronice molekularnej lub technologiach kwantowych, gdzie kontrola nad stanami kwantowymi ma kluczowe znaczenie.
Czytaj też: To wygląda jak złamanie praw fizyki. Woda w zaporze Hoovera unosi się zamiast spadać
Choć na razie odkrycie ma charakter czysto fundamentalny i wymaga ekstremalnych warunków laboratoryjnych, jego znaczenie powinno mieć prawdziwie praktyczny charakter. Pokazuje bowiem, że właściwości materii można projektować na poziomie pojedynczych atomów i ich kwantowych relacji. Jak zauważają badacze, to krok w stronę realizacji wizji fizyka Richarda Feynmana, który już w XX wieku przewidywał możliwość budowania materii “od podstaw” i wykorzystywania komputerów kwantowych do jej zrozumienia.
