دانشمندان مولکول‌های مصنوعی با رفتاری شبیه مولکول‌های واقعی ساختند

به گزارش گروه علم و آموزش ایرنا از «سای تک دیلی»، این تیم میان‌رشته‌ای اکنون می‌تواند عمل مولکول‌های واقعی را از طریق این ابرسازه‌های مصنوعی شبیه‌سازی کند.

این رویکرد نوآورانه به محققان اجازه داده است تا خصوصیات مولکول‌ها را به شکلی تغییر دهند که در گذشته چالش‌برانگیز یا غیرواقع‌بینانه بوده است و این اقدام موجب ارتقای شناخت آنان از تغییر و تحول مولکول‌ها می‌شود.

«امیل سیردا» که مسئول آزمایش‌ها در دانشگاه رادبود بوده است، می‌گوید: چند سال پیش ما ایده عجیب ساختن شبیه‌ساز کوانتومی را مطرح کردیم و می‌خواستیم مولکول‌های مصنوعی شبیه مولکول‌های واقعی تولید کنیم. از این رو، سامانه‌ای ابداع کردیم که در آن می‌توانیم الکترون‌ها را به دام اندازیم. الکترون‌ها یک مولکول را مانند ابر احاطه می‌کنند و ما از آن الکترون‌های به دام افتاده برای ساختن مولکول مصنوعی استفاده کردیم. شباهت بین آنچه ساخته شده با مولکوهای واقعی فوق‌العاده بود.

ساخت مولکول‌های غیرارگانیک ۱۰ برابر بزرگتر از همتایان واقعی خود

«الکس خاجیتوریانز» رئیس بخش تحقیقات میکروسکوپی (SPM) در موسسه مولکول ها و مواد دانشگاه رادبود می‌گوید: ساختن مولکول ها به اندازه کافی دشوار است اما کار دشوارتر شناخت این مساله است که مولکول های خاص چگونه واکنش نشان می‌دهند؛ به عنوان مثال آنها چگونه تغییر می‌کنند یا خمیده می‌شوند.

اینکه مولکول ها چگونه تغییر می‌کنند و واکنش نشان می‌دهند پایه و اساس علم شیمی است و منجر به واکنش های شیمیایی مانند تشکیل آب از مولکول های هیدروژن و اکسیژن می‌شود.

خاجیتوریانز گفت: می‌خواستیم مولکول ها را شبیه سازی کنیم تا بتوانیم ابزار نهایی را برای خم کردن و تنظیم آنها به دست آوریم به طریقی که با مولکول های واقعی تقریبا ناممکن است.

محققان با استفاده از این شبیه‌سازی یک نسخه مصنوعی از یکی از مولکول های ارگانیک پایه در شیمی با نام «بَنزِن» ایجاد کردند. بنزن، جزء آغازگر برای بسیاری از مواد شیمیایی مانند استیرن است که برای ساخت پلی‌استرن به کار می‌رود.

خاجیتوریانز خاطرنشان کرد: ما با ساختن بنزن یک مولکول ارگانیک پایه را شبیه‌سازی کردیم و مولکولی ساختیم که از عناصری تشکیل یافته است که ارگانیک نیستند. این مولکول ها ۱۰ برابر بزرگتر از همتایان واقعی خود هستند که به این ترتیب کار کردن با آنها هم آسان‌تر است.

کاربردهای عملی

کاربردهای این تکنیک جدید بی‌پایان هستند. «دانیل واگنر» استادیار در بخش SPM‌ می‌گوید: اکنون در حال فکر کردن هستیم که این تکنیک را برای چه منظوری می‌توانیم مورد استفاده قرار دهیم. ایده‌های بسیاری داریم و تصمیم سختی است که از کجا شروع کنیم.

دانشمندان با استفاده از این شبیه‌سازی می‌توانند شناخت بسیار بهتری از مولکول ها و واکنش های آنها داشته باشند که این امر در تمام حوزه‌های علمی قابل تصور، کمک کننده خواهد بود.

واگنر گفت: برای مثال، ساختن مواد جدید برای سخت‌افزار آینده رایانه‌ واقعا دشوار است. از طریق ساختن یک نمونه شبیه‌سازی شده، می‌توانیم به دنبال خصوصیات و کارکردهای نوین در مولکول‌های خاص باشیم و ارزیابی کنیم که آیا ساختن ماده واقعی ارزشش را دارد یا خیر.

در آینده شاید هر چیزی امکان پذیر باشد: شناخت واکنش های شیمیایی گام به گام مانند یک ویدئوی حرکت آهسته یا ساختن وسایل الکترونیک مصنوعی تک مولکولی مانند کاهش دادن اندازه ترانزیستور روی یک تراشه رایانه‌ای؛ حتی مطرح شده است که شبیه‌سازهای کوانتوم به عنوان رایانه‌های کوانتوم عمل می‌کنند.

سیردا گفت: این راهی طولانی است و فعلا می‌توانیم با شناخت مولکول ها به طوری که در گذشته هرگز قادر به شناخت آنها نبودیم، کار را شروع کنیم.