Các nhà khoa học phát triển các phân tử nhân tạo hoạt động như những người thực sự

Các nhà khoa học phát triển các phân tử nhân tạo hoạt động như những người thực sự

Các nhà nghiên cứu từ Đại học Radboud, dẫn đầu bởi Alex Khajetoorians và Daniel Wegner, đã tạo thành công các phân tử tổng hợp gần giống với đặc điểm của các chất hữu cơ. Nhóm liên ngành này hiện có thể mô phỏng hoạt động của các phân tử thực thông qua các cấu trúc nhân tạo này. Cách tiếp cận sáng tạo này cho phép họ sửa đổi các đặc điểm của phân tử theo những cách thường khó hoặc không thực tế, nâng cao hiểu biết của họ về các biến đổi phân tử.

Emil Sierda, người chịu trách nhiệm tiến hành các thí nghiệm tại Đại học Radboud cho biết “Vài năm trước, chúng tôi có ý tưởng điên rồ là xây dựng một mô phỏng lượng tử. Chúng tôi muốn tạo ra các phân tử nhân tạo giống như các phân tử thực. Vì vậy, chúng tôi đã phát triển một hệ thống trong đó chúng tôi có thể bẫy các điện tử. Các electron bao quanh một phân tử giống như một đám mây và chúng tôi đã sử dụng những electron bị mắc kẹt đó để tạo ra một phân tử nhân tạo.”

Kết quả mà nhóm tìm thấy thật đáng kinh ngạc.

Sierda: “Sự giống nhau giữa những gì chúng tôi chế tạo và các phân tử thực là kỳ lạ.”

Alex Khajetoorians, trưởng khoa Kính hiển vi thăm dò quét (SPM) tại Viện Phân tử và Vật liệu của Đại học Radboud cho biết: “Việc tạo ra các phân tử đã đủ khó. Điều thường khó hơn là hiểu cách một số phân tử phản ứng, ví dụ như cách chúng thay đổi khi chúng bị xoắn hoặc thay đổi.” Cách các phân tử thay đổi và phản ứng là cơ sở của hóa học và dẫn đến các phản ứng hóa học, như sự hình thành nước từ hydro và oxy.

“Chúng tôi muốn mô phỏng các phân tử, vì vậy chúng tôi có thể có bộ công cụ tối ưu để bẻ cong và điều chỉnh chúng theo những cách gần như không thể với các phân tử thực. Theo cách đó, chúng ta có thể nói điều gì đó về các phân tử thực sự mà không cần tạo ra chúng hoặc không phải đối phó với những thách thức mà chúng đưa ra, chẳng hạn như hình dạng thay đổi liên tục của chúng.”

Sử dụng mô phỏng này, các nhà nghiên cứu đã tạo ra một phiên bản nhân tạo của một trong những phân tử hữu cơ cơ bản trong hóa học: benzen. Benzen là thành phần ban đầu của một lượng lớn hóa chất, như styrene, được sử dụng để tạo ra polystyrene. Khajetoorian: “Bằng cách tạo ra benzen, chúng tôi đã mô phỏng một phân tử hữu cơ trong sách giáo khoa và tạo ra một phân tử được tạo thành từ các nguyên tố không phải là hữu cơ.” Trên hết: các phân tử lớn hơn 10 lần so với các phân tử thực của chúng, giúp chúng dễ dàng làm việc hơn.

Việc sử dụng kỹ thuật mới này là vô tận. Daniel Wegner, trợ lý giáo sư tại khoa SPM: “Chúng tôi chỉ mới bắt đầu hình dung chúng tôi có thể sử dụng cái này để làm gì. Chúng tôi có quá nhiều ý tưởng nên thật khó để quyết định nên bắt đầu từ đâu.”

Bằng cách sử dụng trình mô phỏng, các nhà khoa học có thể hiểu rõ hơn về các phân tử và phản ứng của chúng, điều này sẽ giúp ích trong mọi lĩnh vực khoa học có thể tưởng tượng được.

Wegner: “Ví dụ, các vật liệu mới cho phần cứng máy tính trong tương lai thực sự khó chế tạo. Bằng cách tạo ra một phiên bản mô phỏng, chúng tôi có thể tìm kiếm các đặc tính và chức năng mới của một số phân tử nhất định và đánh giá xem nó có đáng để tạo ra vật liệu thực hay không.”

Trong tương lai xa, mọi thứ đều có thể trở thành hiện thực: hiểu từng bước các phản ứng hóa học như trong một đoạn video quay chậm hoặc chế tạo các thiết bị điện tử đơn phân tử nhân tạo, chẳng hạn như thu nhỏ kích thước của bóng bán dẫn trên chip máy tính. Trình mô phỏng lượng tử thậm chí còn được đề xuất hoạt động như máy tính lượng tử.

Sierda: “Nhưng đó là một chặng đường dài phía trước, hiện tại, chúng ta có thể bắt đầu bằng cách bắt đầu hiểu các phân tử theo cách mà chúng ta chưa từng hiểu trước đây.”

Cre: SciTechDaily