Uno de los misterios fundamentales de la química ha sido resuelto por científicos australianos, y el resultado puede tener implicaciones para futuros diseños de células solares, diodos orgánicos emisores de luz y otras tecnologías de próxima generación.
Desde la década de 1930, el debate se ha desatado dentro de los círculos de la química sobre la estructura fundamental del benceno. Es un debate que en los últimos años ha adquirido mayor urgencia, porque el benceno, que comprende seis átomos de carbono combinados con seis átomos de hidrógeno, esla molécula más pequeña que se puede usar en la producción de materiales optoelectrónicos, que están revolucionando la energía renovable y la tecnología de las telecomunicaciones.
También es un componente de ADN, proteínas, madera y petróleo.
La controversia en torno a la estructura de la molécula surge porque, aunque tiene pocos componentes atómicos, existe en un estado que comprende no solo cuatro dimensiones, como nuestro "gran" mundo cotidiano, sino 126.
La medición de un sistema tan complejo, y pequeño, hasta ahora ha resultado imposible, lo que significa que no se pudo descubrir el comportamiento preciso de los electrones de benceno. Y eso representaba un problema, porque sin esa información, la estabilidad de la molécula en la tecnologíalas aplicaciones nunca podrían entenderse por completo.
Ahora, sin embargo, los científicos liderados por Timothy Schmidt del Centro de Excelencia ARC en Exciton Science y UNSW Sydney han logrado desentrañar el misterio, y los resultados fueron una sorpresa. Ahora se han publicado en la revista Comunicaciones de la naturaleza .
El profesor Schmidt, con colegas de UNSW y Data61 de CSIRO, aplicó un método complejo basado en algoritmos llamado muestreo dinámico de Voronoi Metropolis DVMS a las moléculas de benceno para mapear sus funciones de onda en las 126 dimensiones.
La clave para resolver el problema complejo fue un nuevo algoritmo matemático desarrollado por el coautor Dr. Phil Kilby de Data61 de CSIRO. El algoritmo permite al científico dividir el espacio dimensional en "mosaicos" equivalentes, cada uno correspondiente a una permutación de las posiciones de los electrones.
De particular interés para los científicos fue comprender el "giro" de los electrones. Todos los electrones tienen giro, es la propiedad que produce el magnetismo, entre otras fuerzas fundamentales, pero la forma en que interactúan entre sí está en la base deuna amplia gama de tecnologías, desde diodos emisores de luz hasta computación cuántica.
"Lo que encontramos fue muy sorprendente", dijo el profesor Schmidt. "Los electrones con lo que se conoce como spin-up de doble enlace, mientras que aquellos con spin-down se mantuvieron solos".
"Eso no era lo que esperábamos, pero podría ser una buena noticia para futuras aplicaciones tecnológicas. Esencialmente reduce la energía de la molécula, haciéndola más estable, al obtener electrones, que se repelen entre sí,camino."
El coautor Phil Kilby de Data61 agregó: "Aunque se desarrolló para este contexto químico, el algoritmo que desarrollamos para 'hacer coincidir las restricciones' también se puede aplicar a una amplia variedad de áreas, desde la plantilla del personal hasta los programas de intercambio renal".
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Materiales proporcionado por Universidad de Nueva Gales del Sur . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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