来自内梅亨大学的科学家们已经开发出类似于真正有机分子的合成分子。由Alex Khajetoorians和Daniel Wegner领导的研究人员合作,现在可以通过使用人工分子来模拟真实分子的行为。通过这种方式,他们可以以通常困难或不现实的方式调整分子的特性,并且他们可以更好地了解分子是如何变化的。
Emil Sierda是内梅亨大学的实验负责人,他说:“几年前,我们有了一个疯狂的想法,要建造一个量子模拟器。我们想创造出与真实分子相似的人造分子。所以我们开发了一个可以捕获电子的系统。电子像云一样包围着一个分子,我们利用这些被困住的电子来构建一个人造分子。”研究小组发现的结果令人震惊。Sierda:“我们制造的东西和真正的分子之间的相似之处是不可思议的。”
改变分子
内梅亨大学分子与材料研究所扫描探针显微镜(SPM)部门的负责人Alex Khajetoorians说:“制造分子已经够困难的了。通常更难的是理解某些分子是如何反应的,比如当它们被扭曲或改变时是如何变化的。”分子如何变化和反应是化学的基础,并导致化学反应,如氢和氧形成水。“我们想要模拟分子,这样我们就可以拥有最终的工具包来弯曲它们,以一种几乎不可能用真正的分子来调整它们的方式。”通过这种方式,我们可以了解真实的分子,而不需要制造它们,也不需要处理它们带来的挑战,比如它们不断变化的形状。”
苯
利用这个模拟器,研究人员创造了一个人工版本的化学基本有机分子之一:苯。苯是大量化学物质的起始成分,比如苯乙烯,它被用来制造聚苯乙烯。Khajetoorians:“通过制造苯,我们模拟了教科书上的有机分子,并构建了一个由非有机元素组成的分子。”更重要的是,这些分子比真正的分子大10倍,这使得它们更容易处理。
实际使用
这项新技术的用途是无穷无尽的。SPM系助理教授丹尼尔·韦格纳说:“我们才刚刚开始想象我们可以用它来做什么。我们的想法太多了,很难决定从哪里开始。”通过使用模拟器,科学家们可以更好地了解分子及其反应,这将有助于任何可以想象的科学领域。韦格纳:例如,未来计算机硬件的新材料真的很难制造。通过制造一个模拟版本,我们可以寻找某些分子的新特性和功能,并评估它是否值得制造真正的材料。”在遥远的未来,各种各样的事情都有可能实现:像慢动作视频那样一步一步地理解化学反应,或者制造人工单分子电子设备,比如缩小计算机芯片上的晶体管尺寸。量子模拟器甚至被建议充当量子计算机。西尔达:“但这还有很长的路要走,因为现在我们可以开始以一种我们从未理解过的方式来理解分子。”
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