Израильские ученые зафиксировали значительное достижение, которое открывает новую перспективу в изучении динамики молекулярных систем. Исследователи из Университета имени Бен-Гуриона совместно с Технологическим институтом Технион обнаружили молекулу, способную к чрезвычайно быстрому переключению между ароматическим и антиароматическим состояниями. Этот процесс управляется принципами квантового туннелирования и имеет большой потенциал для развития материаловедения.
Объектом исследования стала молекула динафто-[2,1-а: 1,2-f]пенталена. Ее ядро состоит из пенталена, соединенного с двойной кольцевой структурой. Проведенные расчеты выявили асимметрию в электронной структуре: одно кольцо демонстрирует ароматические свойства, в то время как другое проявляет антиароматические. Именно это внутреннее структурное противоречие позволяет системе совершать молниеносные переходы между формами посредством квантового туннелирования.
Ключевые данные исследования указывают на исключительную скорость туннелирования атомов углерода. Ведущий исследователь Себастьян Козух объяснил эту быстроту узостью энергетического барьера. Он отметил, что столь стремительное туннелирование является редким явлением, наблюдаемым лишь в этом и нескольких других типах реакций. По сути, молекула существует в состоянии суперпозиции, одновременно являясь и ароматической, и антиароматической, что имеет параллели с мысленным экспериментом о коте Шрёдингера.
Ароматические структуры, такие как бензол, традиционно считаются стабильными, тогда как антиароматические, например, пентален, отличаются неустойчивостью. В научном сообществе возникли дискуссии о точной природе второго состояния: Микель Сола предположил, что индексы могут указывать на неароматическое, а не истинно антиароматическое состояние. Тем не менее, Козух заключил, что сам факт наблюдения смены ароматичности между формами является важным научным результатом, независимо от терминологических разногласий.
Понимание квантовых эффектов в химии, включая туннелирование, где частица преодолевает барьер без достаточной классической энергии, продолжает расширяться. Это открытие прокладывает путь к созданию передовых материалов с настраиваемыми электронными характеристиками. Козух также высказал предположение о возможности экспериментального воссоздания этого суперпозиционного состояния в газовой фазе при пониженном давлении и температуре, что открывает новые горизонты для технологического прогресса.