Исследование, опубликованное в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences, провели ученые из EPFL и Университета Аризоны. Они выяснили, что увеличение длины и гибкости молекул помогает продлить когерентность, то есть квантовую «согласованность» электронов. Это неожиданное открытие может повлиять на разработку новых материалов и улучшение квантовых технологий.
В области аттохимии, науки о процессах на шкале аттосекунд, ученые пытаются управлять движением электронов внутри молекул. Это нужно для создания направленных лекарств, контролируемых химреакций и квантовых вычислений. Но когерентность, как правило, теряется за миллионные доли миллиарда секунды, особенно в больших и гибких молекулах.
Авторы исследования решили проверить, а не ведут ли себя такие молекулы наоборот, стабильнее. С помощью компьютерных моделей они показали: удлинение углеродной цепи действительно позволяет электронам дольше сохранять упорядоченность. При этом разрушительные колебания внутри молекулы ослабляются, а перемещение заряда становится более предсказуемым.
Чтобы справиться с вычислительной сложностью, команда использовала полуклассическую динамику — метод, в котором ядра атомов моделируются как твердые частицы, а электроны — по законам квантовой механики. Это позволило точно определить, какие движения мешают квантовому порядку, а какие — нет.
Оказалось, что внеплоскостные колебания почти не влияют на когерентность, а симметричные — наоборот, помогают ей сохраняться. По словам ученых, это открытие особенно важно для квантовой химии, где важно точно рассчитать момент воздействия, например, с помощью лазера.
Иногда ключ к прорыву в технологиях оказывается не в усложнении систем, а в тонкой настройке их взаимодействий — как между электронами и атомами в квантовой химии, так и между иммунными клетками и их микросредой. Как именно наноструктуры могут «настроить» иммунитет на борьбу с раком — об этом вы можете узнать в этой статье.