Ізраїльські науковці зробили значне відкриття, яке відкриває нові горизонти у вивченні динаміки молекулярних систем та квантових явищ на хімічному рівні. Дослідники з Університету імені Бен-Гуріона, працюючи спільно з колегами з Технологічного інституту Техніон, ідентифікували унікальну молекулу, яка здатна надзвичайно швидко переходити між ароматичним та антиароматичним станами. Цей феноменальний процес, що керується виключно принципами квантового тунелювання, має колосальний потенціал для подальшого розвитку сучасної хімії та матеріалознавства, пропонуючи новий механізм контролю над електронними властивостями речовин.
Об'єктом пильної уваги хіміків стала молекула динафто-[2,1-а: 1,2-f]пенталена. Її структурна основа складається з пенталену, з'єднаного з подвійною кільцевою системою. Ретельні розрахунки продемонстрували виражену асиметрію в її електронній будові: одне кільце демонструє типові ароматичні характеристики, тоді як інше виявляє антиароматичні властивості. Саме ця внутрішня структурна суперечність дозволяє системі здійснювати блискавичні переходи між двома формами за допомогою ефекту квантового тунелювання.
Ключові результати дослідження наголошують на винятковій швидкості тунелювання атомів вуглецю. Провідний науковець Себастьян Козух пояснив, що така висока швидкість обумовлена вузькістю енергетичного бар'єру, який необхідно подолати. Він підкреслив, що настільки стрімке тунелювання є рідкісним явищем, яке спостерігається лише в цьому та кількох інших типах хімічних реакцій. По суті, молекула перебуває у стані суперпозиції, одночасно володіючи як ароматичними, так і антиароматичними властивостями, що викликає прямі асоціації з відомим уявним експериментом про кота Шредінгера.
Традиційно ароматичні структури, як-от бензол, вважаються дуже стабільними, тоді як антиароматичні сполуки, наприклад, пентален, характеризуються нестабільністю. У науковому середовищі виникла дискусія щодо точної природи другого стану. Зокрема, Мікель Сола висловив припущення, що індекси можуть вказувати на неароматичний, а не на істинно антиароматичний стан. Проте Козух підсумував, що сам факт спостереження зміни ароматичності між двома формами є вагомим науковим здобутком, незалежно від термінологічних розбіжностей.
Розуміння квантових ефектів у хімії, включно з тунелюванням — явищем, коли частинка долає енергетичний бар'єр без володіння достатньою класичною енергією, — продовжує стрімко розширюватися. Це інноваційне відкриття прокладає чіткий шлях до створення передових матеріалів із гнучко настроюваними електронними характеристиками, які можуть бути корисними у розробці нових типів пам'яті або сенсорів. Себастьян Козух також припустив можливість експериментального відтворення цього унікального суперпозиційного стану в газовій фазі за умов зниженого тиску та температури. Успішна реалізація цього експерименту відкриє абсолютно нові обрії для фундаментальних досліджень та подальшого технологічного прогресу в галузі молекулярної електроніки.