Il punto sui temi di attualità, ogni lunedì
Iscriviti e ricevi le notizie via email
Una molecola che non esiste in natura, costruita atomo per atomo, con una forma che ricorda una delle figure più enigmatiche della matematica: il nastro di Möbius. È il risultato di una ricerca internazionale pubblicata su Science, che apre una prospettiva nuova nella progettazione di materiali artificiali.
APPROFONDIMENTI
Il lavoro è stato coordinato dal chimico teorico Igor Rončević dell’Università di Manchester e ha coinvolto gruppi di ricerca di Oxford, ETH Zurigo, EPFL Losanna, Università di Ratisbona e IBM.
L’obiettivo non era solo creare una molecola inedita, ma dimostrare che la topologia – cioè il modo in cui gli atomi sono connessi nello spazio – può diventare uno strumento per progettare nuove proprietà della materia.
Un nastro di Möbius su scala atomica. L’ispirazione arriva dal celebre nastro di Möbius: una striscia con una torsione che, una volta chiusa ad anello, possiede una sola superficie e un solo bordo.
Nel nuovo studio i ricercatori hanno realizzato una versione molecolare di questa idea. Hanno costruito un anello di 13 atomi di carbonio con due atomi di cloro (formula C₁₃Cl₂), manipolando singoli atomi su una superficie e rimuovendoli con impulsi di tensione controllati.
La particolarità è che la torsione della molecola non è di 180 gradi come nel nastro classico, ma di 90 gradi: per questo gli scienziati parlano di una struttura “half-Möbius”, o mezzo Möbius. Gli orbitali elettronici si avvolgono lungo l’anello con una configurazione elicoidale che non era mai stata osservata prima in chimica.
Un oggetto quantistico
Per capire come si comportano gli elettroni in questa geometria così insolita, il team ha utilizzato computer quantistici. I sistemi elettronici di una molecola sono infatti estremamente complessi da simulare con computer tradizionali, perché ogni elettrone interagisce con tutti gli altri.
I computer quantistici, invece, possono rappresentare questi sistemi in modo più naturale, usando qubit che seguono le stesse leggi della meccanica quantistica degli elettroni. Nel lavoro sono stati simulati sistemi con decine di elettroni, un livello di complessità difficile da raggiungere con i metodi classici.
Una nuova frontiera per i materiali. Al momento la molecola è soprattutto una dimostrazione di principio: mostra che è possibile progettare e controllare la topologia elettronica di una singola molecola.
Questo tipo di strutture potrebbe in futuro portare a materiali con proprietà completamente nuove, per esempio nella conduzione elettronica, nel magnetismo o nella catalisi chimica. Alcuni ricercatori suggeriscono che il controllo topologico della materia potrebbe diventare una nuova “manopola” con cui ingegnerizzare le proprietà dei materiali, proprio come in passato lo sono state la chimica degli elementi o lo spin degli elettroni. In altre parole, la scoperta non riguarda solo una molecola curiosa. Indica che la chimica sta entrando in una fase in cui non si scoprono soltanto nuove molecole: si progettano forme della materia che finora erano considerate impossibili.
© RIPRODUZIONE RISERVATA