Исследователи довольно хорошо изучили атомную структуру бензола, его молекула — кольцо из шести атомов углерода, каждый из которых соединен с атомом водорода. Сложности начинались при рассмотрении 42 электронов этой молекулы.
«Математическая функция, описывающая электроны бензола, 126-мерна», — рассказал химик Тимоти Шмидт из Университета Нового Южного Уэльса в Австралии. Это значит, что функция описывает 126 координат, по три для каждого электрона. Разбить эту функцию нельзя из-за зависимости электронов. Человеку сложно интерпретировать ответ компьютера, полученный при обработке функции, поэтому ученые решили разработать иной способ.
Сложность математического описания электронной структуры бензола долгое время провоцировала споры между химиками. Одни считали, что бензол подчиняется теории валентных связей с локализованными электронами, другие — что теории молекулярных обителей с распределенными электронами. Оказалось, что обе стороны не совсем правы.
Группа исследователей использовала новую методику, основанную на алгоритмической визуализации волновых функций многоэлектронных атомов. Таким образом им удалось разделить измерения электронов на отдельные плитки на диаграмме Вороного. Каждый участок соответствовал координатам электрона. Так ученые смогли отобразить волновую функцию всех 126 измерений и обнаружили странную особенность — у электронов с разным вектором спина было разное число связей.
«То, что мы нашли, было неожиданно», — отметил Шмидт. По словам химика, их открытие объединяет две ранее принятые парадигмы. Открытие имеет важные последствия для дальнейшей разработки оптоэлектронных материалов, которые часто основаны на бензолах.
