Một thành tựu khoa học đáng kể vừa được các nhà khoa học Israel ghi nhận, mở ra một chân trời mới trong việc nghiên cứu động lực học của các hệ phân tử. Cụ thể, các nhà nghiên cứu đến từ Đại học Ben-Gurion, phối hợp cùng Viện Công nghệ Technion, đã tìm ra một loại phân tử có khả năng chuyển đổi cực kỳ nhanh chóng giữa hai trạng thái: thơm (aromatic) và phản thơm (anti-aromatic). Quá trình chuyển đổi độc đáo này được kiểm soát bởi các nguyên lý của hiệu ứng đường hầm lượng tử (quantum tunneling), hứa hẹn tiềm năng to lớn cho sự phát triển của khoa học vật liệu.
Phân tử được đưa vào nghiên cứu chuyên sâu là dinaphtho-[2,1-a: 1,2-f]pentalene. Cấu trúc cốt lõi của nó bao gồm pentalene, được liên kết với một cấu trúc vòng kép. Các phép tính toán chi tiết đã chỉ ra sự bất đối xứng rõ rệt trong cấu trúc điện tử của phân tử này: trong khi một vòng thể hiện đặc tính thơm, thì vòng còn lại lại bộc lộ đặc tính phản thơm. Chính sự mâu thuẫn nội tại về cấu trúc này đã tạo điều kiện cho hệ thống thực hiện các bước chuyển đổi cực nhanh giữa các dạng thông qua cơ chế đường hầm lượng tử.
Dữ liệu cốt lõi từ công trình này nhấn mạnh tốc độ đường hầm vượt trội của các nguyên tử carbon. Nhà nghiên cứu đứng đầu, Sebastian Kozuch, giải thích rằng sự nhanh chóng này là do rào cản năng lượng cực kỳ hẹp. Ông chỉ ra rằng hiện tượng đường hầm nhanh chóng như vậy là rất hiếm, chỉ được quan sát thấy trong loại phản ứng này và một vài trường hợp khác. Về bản chất, phân tử tồn tại trong trạng thái chồng chập (superposition), đồng thời mang cả tính chất thơm và phản thơm. Điều này gợi liên tưởng đến thí nghiệm tưởng tượng nổi tiếng về Mèo của Schrödinger trong cơ học lượng tử.
Theo truyền thống, các cấu trúc thơm, điển hình như benzen, được xem là ổn định, trong khi các cấu trúc phản thơm, ví dụ như pentalene, thường được biết đến là không bền vững. Tuy nhiên, một cuộc tranh luận đã nảy sinh trong giới khoa học về bản chất chính xác của trạng thái thứ hai này. Mikel Sola đã đưa ra giả thuyết rằng các chỉ số có thể chỉ ra một trạng thái phi thơm (non-aromatic) thay vì trạng thái phản thơm thực sự. Bất chấp những bất đồng về thuật ngữ này, Kozuch khẳng định rằng việc quan sát được sự thay đổi tính chất thơm giữa các dạng phân tử đã là một kết quả khoa học cực kỳ quan trọng, không phụ thuộc vào các tranh cãi về định nghĩa.
Việc tìm hiểu các hiệu ứng lượng tử trong hóa học, bao gồm hiệu ứng đường hầm—nơi một hạt vượt qua rào cản mà không cần đủ năng lượng cổ điển—đang ngày càng được mở rộng. Khám phá đột phá này mở đường cho việc chế tạo các vật liệu tiên tiến với các đặc tính điện tử có thể điều chỉnh theo ý muốn. Ông Kozuch cũng đưa ra giả định về khả năng tái tạo trạng thái chồng chập này trong phòng thí nghiệm, cụ thể là trong pha khí ở điều kiện áp suất và nhiệt độ thấp. Nếu thành công, điều này sẽ mở ra những chân trời mới đầy hứa hẹn cho tiến bộ công nghệ, đặc biệt trong lĩnh vực vật liệu thông minh.