Австралийские ученые выявили сложную электронную структуру бензола, которую пытались определить с 1930 года. О решении 70-летней химической загадки сообщается в пресс-релизе на Phys.org.
Молекула бензола имеет плоское шестиугольное кольцо, которое также является компонентом ДНК, белков, древесины и нефти. По словам исследователей, математическая функция, которая описывает расположение 42 электронов в ароматическом кольце, имеет 126 измерений (по три координаты на каждый электрон). Поскольку электроны взаимодействуют друг с другом, электронная структура не может описываться 42 независимыми трехмерными функциями.
Ранее считалось, что молекула бензола может описываться теорией валентных связей с локализованными электронами или теорией делокализованных молекулярных орбиталей. Однако у каждого из этих подходов есть недостатки.
Ученые применили сложный метод на основе алгоритма, называемого динамической выборкой Метрополиса Вороного (dynamic Voronoi Metropolis sampling, DVMS). Ключом к решению сложной проблемы стал новый математический алгоритм, который позволяет разделить многомерное пространство на «плитки», каждая из которых соответствует координатам электронов. Это позволило отобразить волновую функцию всех 126 измерений.
Полученные результаты важны для будущей разработки оптоэлектронных материалов, солнечных элементов, органических светоизлучающих диодов и других технологий следующего поколения, многие из которых основаны на бензолах