科学的探求における驚くべき偉業として、研究者たちは、初めてフッ素原子における量子トンネル効果を観測しました。今年発表されたこの画期的な発見は、量子力学とその化学への応用に関する私たちの理解を大きく前進させるものです。
粒子が本来超えることのできないエネルギー障壁を通り抜けることができる現象である量子トンネル効果は、通常、電子などの小さな粒子で観察されます。しかし、ベルリン自由大学の科学者たちは、フランスの同僚との共同研究により、この効果をフッ素原子で実証しました。この画期的な発見は、化学反応を制御し、フッ素化合物の化学をより深く理解するための新たな道を開きます。
チームの道のりは、遷移金属を研究することを目的としたレーザーアブレーション実験から始まりました。彼らはIRスペクトルに予期せぬシグナルを観測し、それがエキゾチックなポリフッ化物イオンの存在を仮定するに至りました。さらなる実験とシミュレーションを通じて、ポリフッ化物イオン中の中心フッ素原子が実際に量子トンネル効果を起こしていることを確認しました。「私たちは、ネオン原子のマトリックスキャビティ内の全アニオン、Fをシミュレートすることができました。そして、実験と理論の一致を見出しました」とセバスチャン・リーデルは説明しました。
この発見は、フッ素が化学実験において量子トンネル効果を示すことが観測された最も重い原子であるため、特に重要です。イスラエルのベン・グリオン大学のセバスチャン・コズッチが指摘したように、「これは、実験的な化学的状況でトンネリングが観察された最も重い原子です」。分子を取り囲むネオンマトリックスは、エネルギー障壁を下げることでトンネリングプロセスを誘導する圧力を生成し、重要な役割を果たします。
この研究の影響は、基礎化学を超えて広がっています。フッ素化合物は、医薬品、バッテリー、その他の現代的な用途で広く使用されています。しかし、それらの非常に安定したC-F結合は、汚染のリスクをもたらします。リーデルが強調したように、フッ素の結合をより深く理解することは、これらの環境問題に対処するために不可欠です。「フッ素結合をどのように活性化できるかを理解する必要があります」と彼は強調しました。