126 次元のベンゼン

オーストラリアの科学者らは最近、長い間注目を集めてきた化学分子について説明した。 この研究結果は、ベンゼンを使用する太陽電池、有機発光ダイオード、その他の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 アレーン族の有機化合物。 最も単純な炭素環式中性芳香族炭化水素です。 とりわけ、DNA、タンパク質、木材、油の成分です。 化学者は、化合物が単離されて以来、ベンゼンの構造の問題に興味を持ってきました。 1865 年、ドイツの化学者フリードリヒ アウグスト ケクレは、ベンゼンは炭素原子間に単結合と二重結合が交互に存在する XNUMX 員環のシクロヘキサトリエンであるという仮説を立てました。

30 年代以来、化学界ではベンゼン分子の構造について議論が行われてきました。 XNUMXつの水素原子に結合したXNUMXつの炭素原子で構成されるベンゼンは、将来の技術分野であるオプトエレクトロニクスの製造に使用できる既知の最小分子であるため、この議論は近年さらに緊急性を増している。 。

分子の構造をめぐる論争が起こるのは、私たちの経験からわかるように、分子は原子構成要素がほとんどないにもかかわらず、XNUMX 次元や XNUMX 次元 (時間を含む) ではなく数学的に記述された状態で存在するためです。 最大126サイズ.

この数字はどこから来たのでしょうか? したがって、分子を構成する 42 個の電子はそれぞれ 126 次元で記述され、それらに粒子の数を掛けると、正確に XNUMX になります。したがって、これらは現実のものではなく、数学的な測定値です。 この複雑で非常に小さな系を測定することはこれまで不可能であることが証明されており、ベンゼン中の電子の正確な挙動を知ることができないことを意味していました。 そして、この情報がなければ技術的応用における分子の安定性を完全に説明することは不可能であるため、これは問題でした。

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・シュミット率いる科学者たちが、その謎を解明することに成功した。 彼は、UNSW および CSIRO Data61 の同僚とともに、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 ベースの手法をベンゼン分子に適用し、ベンゼン分子全体の波長関数を相関させました。 126サイズ。 このアルゴリズムにより、次元空間を「タイル」に分割することができ、各タイルは電子の位置の順列に対応します。 この研究結果は、Nature Communications 誌に掲載されました。

科学者にとって特に興味深いのは、電子のスピンを理解することでした。 「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。 「炭素内のスピンアップ電子は二重結合によって結合され、より低エネルギーの三次元構造になります。 本質的に、分子のエネルギーが低下し、電子が反発して遠ざかっていくため、分子の安定性が高まります。」 分子の安定性は、工学用途において望ましい特性です。

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