Kimyada tarihi keşif: “Yarım Möbius” molekülü ilk kez üretildi

Bilim insanları, moleküler yapılar konusunda kimya literatüründe daha önce görülmemiş bir topolojiyi deneysel olarak ortaya koydu.

Uluslararası bir araştırma ekibi, 13 karbon ve iki klor atomundan oluşan C13Cl2 adlı molekülde “yarım Möbius” olarak adlandırılan sıra dışı bir elektronik yapı oluşturmayı başardı.

Bu tür topolojik moleküller, gelecekte yeni elektronik malzemelerden sensör teknolojilerine kadar birçok alanda kullanılabilecek potansiyele sahip.IBM öncülüğünde gerçekleştirilen çalışma, Manchester, Oxford, ETH Zürih, EPFL ve Regensburg üniversitelerinden araştırmacıların katkısıyla yürütüldü.

Ekip, atomların tek tek manipüle edilmesiyle oluşturulan molekülde kimyada daha önce deneysel olarak doğrulanmamış bir elektronik topoloji gözlemledi.Araştırmacılara göre bu tür bir yapı daha önce ne sentezlenmiş ne de deneysel olarak gözlemlenmişti.

Hatta literatürde açık biçimde öngörülmüş bir örneği de bulunmuyordu.

Molekülün bu sıra dışı davranışını doğrulamak için ise klasik bilgisayarların ötesine geçen bir teknolojiye, kuantum bilgisayarlara ihtiyaç duyuldu.Araştırmanın ilham kaynaklarından biri matematik ve fizik dünyasında iyi bilinen Möbius şeridi oldu.

Bir şeridin uçlarından biri 180 derece çevrilerek diğer uçla birleştirildiğinde elde edilen bu yapı, tek yüzeye sahip olmasıyla biliniyor.

Kavram, 18. yüzyılda Alman matematikçi August Ferdinand Möbius tarafından tanımlanmıştı.Tam Boyutta Gör Yeni çalışmada geliştirilen molekül ise klasik Möbius yapısından farklı.

Araştırmacılar, atom zincirinde 180 derece yerine yalnızca 90 derecelik bir bükülme oluşturarak yeni bir topoloji elde etti.

Bu nedenle yapı “yarım Möbius” olarak adlandırılıyor.Bu topoloji nedeniyle molekül içindeki elektronların davranışı da alışılmışın dışına çıkıyor.

Teorik olarak bir parçacık molekülün etrafında ilerlediğinde başlangıç noktasına aynı fazda dönebilmek için dört tur atmak zorunda kalıyor.

Klasik Möbius şeridinde ise bu dönüş iki turda gerçekleşiyor.

Google Drive logosu klasik Möbius şeridine örnektir.Araştırmacılar yeni molekülü oluşturmak için 13 karbon ve iki klor atomundan oluşan bir halka yapı kurdu.

Karbon atomlarından ikisi halkanın karşılıklı noktalarında klor atomlarına bağlanırken, geri kalan 11 karbon atomu doğrudan birbirine bağlanarak zinciri oluşturdu.Molekül, son derece düşük sıcaklıklarda ve ultra yüksek vakum ortamında ince bir altın yüzeyi üzerinde atom atom inşa edildi.

Araştırmacılar atomları kontrol etmek ve molekülün elektronik özelliklerini incelemek için atomik kuvvet mikroskobu ile taramalı tünelleme mikroskobu kullandı.Bu tür moleküler yapılarda elektronlar belirli atomlara sıkı biçimde bağlı kalmak yerine atomların çevresinde dalga benzeri bölgelerde yayılıyor.

Elektronların bu etkileşimleri, molekülde daha önce görülmemiş olan bükülmüş elektronik topolojinin ortaya çıkmasına neden oldu.Tam Boyutta Gör Bu molekülü özellikle ilgi çekici kılan özelliklerden biri de elektronik topolojisinin değiştirilebilir olması.

Yapı, deneysel koşullara bağlı olarak saat yönünde bükülmüş, saat yönünün tersine bükülmüş veya bükülmemiş durumlar arasında geçiş yapabiliyor.Bu durum, topolojik özelliklerin doğada yalnızca keşfedilen bir fenomen olmadığını, laboratuvar ortamında bilinçli şekilde tasarlanıp kontrol edilebileceğini gösteriyor.

Malzeme bilimi açısından bu gelişme, yeni nesil elektronik ve fonksiyonel materyaller için önemli bir araştırma alanının kapısını aralayabilir.Manchester Üniversitesi’nden teorik kimyager Igor Roncevic’e göre keşfin önemi yalnızca sıra dışı bir molekül üretmekle sınırlı değil.

Araştırmacı, “Bu molekül çok yeni ve çok beklenmedik.

İlgi çekici olan sadece alışılmadık bir topolojiye sahip bir molekül oluşturmuş olmamız değil, aynı zamanda bu topolojinin mümkün olduğunu da göstermiş olmamızdır.

Kimse bunu gerçekten düşünmemişti.” diyor.