經過九十年後,科學家終於揭開了苯的電子結構。不像人們熟悉的空間,用四個維度即可以描述,苯分子內的電子共存在126個維度上。

苯由6個碳原子和6個氫原子組成六環結構,透明、無色、具有芳香氣味,對人體有毒,是重要的化工原料。自上世紀30年代起,科學家開始研究苯的電子結結構。

澳洲新南威爾士大學的研究人員利用全新的數學算法,成功地用波形函數描述了126個維度上苯分子內電子的行為,包括每個電子的自旋方向、與其他電子的綁定和相互作用等。

所有的電子都在自旋,這種特性產生磁場和其他作用力。隨著近年光電材料為可持續發展能源、通訊技術帶來的革新,了解苯分子內電子結構的細節,對苯的具體應用及其穩定性的掌握變得更加重要。

主要研究者新南威爾士大學化學教授施密特(Timothy Schmidt)說:「我們發現那些被稱為『上旋』的電子處於兩個綁定的狀態,而『下旋』的電子是單一的狀態。這出乎我們的意料。」

「很重要的是,這使本來互相排斥的電子錯開,從而降低分子的能量,使它更穩定。」

施密特說,了解電子的旋轉方向和電子間的相互作用,是從光電子學到量子電腦等廣泛應用的基礎。

這份研究近期發表在《自然-通訊》(Nature Communications)期刊上。◇