Trong một thành tựu đáng chú ý của khám phá khoa học, các nhà nghiên cứu lần đầu tiên quan sát thấy hiện tượng chui hầm lượng tử trong các nguyên tử flo. Khám phá đột phá này, được công bố trong năm nay, đánh dấu một bước tiến quan trọng trong sự hiểu biết của chúng ta về cơ học lượng tử và các ứng dụng của nó trong hóa học.
Chui hầm lượng tử, một hiện tượng trong đó các hạt có thể đi qua các rào cản năng lượng mà chúng không thể vượt qua, thường được quan sát thấy ở các hạt nhỏ hơn như electron. Tuy nhiên, các nhà khoa học từ Đại học Tự do Berlin, hợp tác với các đồng nghiệp ở Pháp, hiện đã chứng minh được hiệu ứng này trong các nguyên tử flo. Bước đột phá này mở ra những con đường mới để kiểm soát các phản ứng hóa học và hiểu rõ hơn về hóa học của các hợp chất flo.
Hành trình của nhóm bắt đầu với các thí nghiệm laser ablation, nhằm nghiên cứu các kim loại chuyển tiếp. Họ nhận thấy một tín hiệu bất ngờ trong quang phổ IR của họ, điều này đã dẫn họ đến việc đưa ra giả thuyết về sự tồn tại của một ion polyfluoride kỳ lạ. Thông qua các thí nghiệm và mô phỏng sâu hơn, họ đã xác nhận rằng nguyên tử flo trung tâm trong ion polyfluoride thực sự đang trải qua hiện tượng chui hầm lượng tử. “Giờ đây, chúng tôi có thể mô phỏng toàn bộ anion, F, trong khoang ma trận của các nguyên tử neon. Và chúng tôi đã tìm thấy sự phù hợp giữa thí nghiệm và lý thuyết,” Sebastian Riedel giải thích.
Khám phá này đặc biệt quan trọng vì flo là nguyên tử nặng nhất từng được quan sát thấy thể hiện hiện tượng chui hầm lượng tử trong một thí nghiệm hóa học. Như Sebastian Kozuch từ Đại học Ben-Gurion, Israel, đã lưu ý, “Đây là nguyên tử nặng nhất đã được nhìn thấy hiện tượng chui hầm trong một tình huống hóa học thực nghiệm.” Ma trận neon xung quanh phân tử đóng một vai trò quan trọng, tạo ra áp suất gây ra quá trình chui hầm bằng cách hạ thấp rào cản năng lượng.
Ý nghĩa của nghiên cứu này vượt ra ngoài hóa học cơ bản. Các hợp chất flo được sử dụng rộng rãi trong thuốc, pin và các ứng dụng hiện đại khác. Tuy nhiên, các liên kết C-F rất bền của chúng gây ra rủi ro ô nhiễm. Hiểu biết sâu hơn về liên kết của flo, như Riedel đã nhấn mạnh, là điều cần thiết để giải quyết những thách thức môi trường này. “Chúng ta phải hiểu cách kích hoạt các liên kết flo,” ông nhấn mạnh.