Une avancée scientifique majeure a été enregistrée par des chercheurs israéliens, offrant un éclairage inédit sur la dynamique et le comportement des systèmes moléculaires à l'échelle atomique. Des équipes de l'Université Ben-Gourion, en collaboration étroite avec l'Institut Technion, ont réussi à identifier une molécule dotée de la capacité remarquable de basculer à une vitesse exceptionnelle entre des configurations chimiques aromatiques et anti-aromatiques. Ce mécanisme de commutation ultra-rapide est directement régi par les principes fondamentaux de la mécanique quantique, notamment l'effet tunnel, et ouvre des perspectives considérables pour le développement futur de la science des matériaux et de l'électronique moléculaire.
L'objet central de cette investigation poussée était la molécule complexe nommée dinaphto-[2,1-a: 1,2-f]pentalène. Sa structure fondamentale repose sur un noyau de pentalène, auquel est rattachée une double structure cyclique. Les modélisations théoriques et les calculs sophistiqués effectués par les scientifiques ont mis en évidence une asymétrie électronique prononcée au sein de la molécule : tandis qu'un des cycles présente des caractéristiques typiquement aromatiques, synonymes de stabilité, l'autre manifeste des propriétés anti-aromatiques, généralement associées à l'instabilité. C'est précisément cette tension ou dualité structurelle intrinsèque qui confère au système la faculté unique d'opérer des transitions fulgurantes entre ces deux formes distinctes, en exploitant le phénomène de tunnellisation quantique.
Les données cruciales issues de cette recherche soulignent l'extrême rapidité avec laquelle se produit l'effet tunnel des atomes de carbone. Sebastian Kozuch, chercheur principal du projet, a fourni des explications détaillées sur ce phénomène, attribuant cette vélocité remarquable à la finesse et à l'étroitesse de la barrière énergétique que les particules doivent franchir. Il a tenu à préciser que ce type de tunnellisation ultrarapide est un événement extrêmement rare en chimie, n'étant documenté que dans ce cas précis et quelques autres types de réactions chimiques très spécifiques. Le résultat le plus fascinant est que la molécule se retrouve, de fait, dans un état de superposition quantique, où elle est simultanément à la fois aromatique et anti-aromatique. Cette coexistence d'états rappelle de manière frappante le célèbre paradoxe conceptuel du chat de Schrödinger.
Il est important de rappeler que les structures aromatiques, dont le benzène est l'exemple classique, sont traditionnellement considérées comme extrêmement stables d'un point de vue énergétique. À l'inverse, les composés anti-aromatiques, comme le pentalène lui-même, sont réputés pour leur grande instabilité et leur réactivité. La découverte a naturellement suscité des discussions animées au sein de la communauté scientifique concernant la nature exacte du second état observé. Par exemple, le chimiste Mikel Sola a émis l'hypothèse que les indices mesurés pourraient plutôt désigner un état non-aromatique, qui n'atteindrait pas la définition stricte d'un état véritablement anti-aromatique. Néanmoins, Sebastian Kozuch a réaffirmé que, indépendamment des nuances et des querelles terminologiques, le fait même d'avoir pu observer et quantifier le changement d'aromaticité entre les différentes formes moléculaires constitue en soi une avancée scientifique fondamentale et d'une importance capitale pour la chimie physique.
La capacité croissante à décrypter et à manipuler les effets quantiques en chimie, y compris l'effet tunnel — processus par lequel une particule peut traverser une barrière sans disposer de l'énergie classique nécessaire — est un domaine en pleine expansion. Cette percée israélienne ouvre concrètement la voie à la conception et à la fabrication de matériaux de pointe possédant des caractéristiques électroniques entièrement ajustables et programmables. En regardant vers l'avenir, Kozuch a également suggéré la possibilité prometteuse de reproduire expérimentalement cet état de superposition quantique en phase gazeuse, en utilisant des conditions rigoureuses de basse pression et de température réduite. Une telle expérimentation ouvrirait de nouveaux horizons pour l'innovation technologique, notamment dans le domaine des dispositifs de commutation moléculaire et du stockage d'information quantique.