Molecular M - bius Strips und Trefoil Knoten
Mit dem aktuellen Interesse an so genannten „nanoskaligen“ -Geräte mit Dimensionen bis hinunter zu Molekülgrößen gibt es eine faszinierende Grenze zwischen den Formen, die Materialien (das heißt eine große Sammlung von Molekülen) und Moleküle selbst übernehmen können. Zu verstehen, wie molekulare Bausteine verwendet werden können nanoskalige Vorrichtungen zu konstruieren, ist der Schlüssel zur Nanotechnologie zu verstehen. Eine zweite Grenze existiert, zwischen idealisierte Formen oder Topologien durch mathematische Gleichungen definiert sind, und die von den Sammlungen angenommen tatsächlichen Formen der Atome (Kerne und Elektronen) wir Moleküle nennen. Die Kleeblattknoten und die Möbius Streifen sind zwei solche Topologien, die beide Grenzen überspannen. Hier erzählen wir die Geschichte aus der molekularen und elektronischen Perspektive. Um die molekularen Modelle betrachten, werden Sie ein Programm installieren, müssen der Lage sehen Molekül Dateien koordinieren.
Die Boundary mit Mathematik
Wie es passiert, zwei etwas unterschiedliche Arten von molekularen Möbius Streifen kann in Betracht gezogen werden; solche, bei denen die Kerngerüsts selbst in eine M verdrehtöbius Streifen und solche, bei denen nur die elektronische Komponente des Moleküls durch eine Wellenfunktion beschrieben, diese Eigenschaft hat.
Moleküle mit Nuclear Möbius Streifen
Der erste Schritt, um eine M Konstruierenöbius Streifenmoleküle verwendet, ist die molekulare Äquivalent eines Papierstreifen zu schaffen. Dies wird durch beginnend mit Benzol durchgeführt. ist und sich durch eine Reihe von Benzo-Gruppen Zugabe machen es zu einem Naphthalinrest, Anthracen und so weiter, bilden, was ein Poly-Acen genannt wird. Die beiden Enden dieses Streifens werden dann verdrillt und verbunden zu bilden, was ein M genannt wirdöbius cyclacene. Modelle für solche Systeme, die ein. können zwei oder drei Drehungen konstruiert werden. 1 Obwohl diese Moleküle viel zu viel Belastung induziert durch die Verdrehung enthalten sein dürfte tatsächlich vorgenommen werden, können ihre Eigenschaften mit Hilfe der Quantenmechanik modelliert werden. Im Gegensatz zu einem echten Möbius Streifen, wo der „twist“ gleichmäßig über die gesamte Länge des Rings verteilt ist (siehe die Mathworld Modelle) diese molekularen Streifen erscheinen zu „lokalisieren“, um die Wendung zu einem relativ kleinen Bereich des Moleküls. Die Auswirkungen dieser unerwarteten Eigenschaft werden noch untersucht.
Molekül mit elektronischen Möbius Streifen
Das letzte Beispiel oben, in der drei verdrillten Ringe an einem einzelnen Atom verbunden waren, bringt uns zu der mathematischen Form bekannt als der Kleeblattknoten. Durch Vorstellen kann eine Molekülkette von 36 Kohlenstoffatomen, aber diesmal Fügt es nicht an einem Zentralatom, ein molekulares Trefoil Knoten aufgebaut werden. Ein solches Isomer von Kohlenstoff, waren es möglich zu machen, würde die Liste der bekannten Kohlenstoffallotrope wie Graphit, Diamant und Buckyballs verbinden. Ein realistischere chemisches Modell kann durch Anbringen von Benzo-Gruppen an die Außenseite hergestellt werden, um einen Kohlenwasserstoff zu bilden (Benzo-Gruppen aus dem Moleküle abgeleitet ist, dass diese Geschichte, Benzol gestartet). Dieser „erfunden“ molekulare Knoten wird sowohl die Eigenschaften eines nuklearen und ein elektronischen Möbius Streifen.
Die Boundary mit nanoskaligen Materialien
Um die Aufstockung dieses Konzepts abgeschlossen ist, haben einige japanische Arbeiter vor kurzem berichtet, 8, dass die anorganische Leiter NbSe3 können winzige Kristalle wachsen, die die Form von M nehmenöbius Streifen. Die Autoren schreiben, am Ende ihres Artikels: „Unsere Kristallformen zu erforschen topologischen Effekte in der Quantenmechanik sowie für den Bau von neuen Geräten eine neue Route bieten“, die wahrscheinlich für mehrere des anderen üblichen M gesagt werden könnte,öbius hier beschriebenen Systeme. So ein Bereich der Chemie 180 Jahre alt, begann mit Faradays Entdeckung von Benzol in 1825 weiter in das 21. Jahrhundert!