Учёные впервые создали молекулу с половинной топологией Мёбиуса
Впервые в истории химии и квантовой физики учёные из IBM, Манчестерского университета, Оксфорда, Швейцарской высшей технической школы Цюриха (ETH Zurich), Федеральной политехнической школы Лозанны (EPFL) и Регенсбургского университета синтезировали молекулу C13Cl2 с половинной топологией Мёбиуса для электронов. Работа опубликована в журнале Science и знаменует собой важный шаг в управлении квантовыми свойствами вещества.
Молекула была создана атом за атомом при помощи сверхточных электрических импульсов, используя прекурсор, разработанный в Оксфорде. Процесс проводился при температуре, близкой к абсолютному нулю, что позволило контролировать расположение каждого атома и сформировать трёхмерную структуру, ранее не встречавшуюся в природе.
Для верификации структуры и свойств молекулы применялись сканирующая туннельная и атомно-силовая микроскопия. Было обнаружено, что электроны в этой молекуле совершают поворот на 90° при каждом обходе, и только после четырёх полных оборотов возвращаются в исходное состояние. Такая топология может переключаться между правой, левой и не скрученной формой, что доказывает возможность инженерного управления электронными свойствами вещества.
Понимание поведения электронов в столь сложной системе оказалось невозможным на классических компьютерах из-за сильной квантовой запутанности. Для моделирования был использован квантовый компьютер IBM, который позволил раскрыть механизм необычного поведения — геликоидальный псевдоэффект Яна-Теллера (особый тип квантового взаимодействия).
Авторы отмечают, что топология может стать новым управляемым параметром для настройки свойств материалов. Эксперимент также показал, что энантиомеры (зеркальные формы) молекулы можно переключать с помощью напряжения на зондовом наконечнике микроскопа, что открывает перспективы для создания молекулярных переключателей и новых квантовых устройств.
Работа демонстрирует, что современные методы позволяют не только наблюдать, но и проектировать молекулы с экзотическими квантовыми свойствами, ранее невозможными даже в теории. Это открывает путь к новым материалам и технологиям на стыке химии, физики и квантовых вычислений.