Вчені створили складну молекулу, структура якої являє собою потрійну стрічку Мебіуса
Практично кожній людині відомо поняття стрічки Мебіуса. У цього тривимірного вигнутого плоского об'єкта є лише одна сторона та грань, що дуже важко піддається розумінню людьми з погано розвиненим просторовим уявою. А нещодавно групі вчених з Кільського університету (Kiel University), очолюваної професором хімії Рэйнером Херджесом (Rainer Herges), вперше в історії науки вдалося синтезувати складну молекулу, структура якої являє собою відразу потрійну стрічку Мебіуса. І слід зауважити, що вчені зробили це не заради розваги, такі молекули володіють набором унікальних квантово-механічних властивостей, які можна використовувати в областях молекулярної електроніки та оптоелектроніки.
У 1958 році два німецьких математика, Август Фердинанд Мебіус і Йоганн Бенедикт Лістинг, незалежно один від одного відкрили поняття вигнутого тривимірного об'єкта, що володіє тільки однією стороною і однією гранню, який отримав згодом назву "стрічка Мьобіуса". Будь-яка людина може дуже просто зробити стрічку Мебіуса, для цього достатньо взяти смугу паперу, повернути один її кінець на 180 градусів і, залишивши в такому положенні, склеїти її кінці. Топологічні властивості стрічки Мебіуса можуть звести з розуму будь-якої людини, для цього достатньо лише спробувати розрізати стрічку рівно посередині або відступивши від краю одну третину її ширини. В цих двох випадках розрізання стрічки призводить до абсолютно різних результатів.
У 1960-х роках топологією стрічки Мебіуса зацікавилися вчені-хіміки. Цьому передували теоретичні дослідження, які показали, що молекули, що мають таку топологію, будуть порушувати один з найголовніших законів хімії, що має відношення до стабільності молекул хімічних сполук. Незважаючи на неодноразові спроби, вченим знадобилося майже 50 років для того, щоб синтезувати першу молекулу, що має форму потрійний стрічки Мебіуса, або як ще називають цю форму, форму вузла трилисника.
Складність синтезу таких молекул полягає в тому, що якщо починати крутити довгі молекули подібно смужках паперу або металу, то вони чинять опір скручуванню. А при втраті контролю над будь-яким кінцем молекули, вона, ця молекула, моментально розкручується в початковий стан. Тому вченим довелося синтезувати молекулу з двох різних частин, однією з яких була звичайна лінійна молекула, а другий - молекула, що має кільцеву структуру. Процес складної рекомбінації цих молекул дозволив вченим отримати одну єдину молекулу у формі смуги з одним оборотом, що нагадує короткий ділянку закрученої молекули ДНК.
Отримавши такі "закручені" молекули, що володіють високою стабільністю, ученим довелося розробити досить складний спосіб об'єднання трьох таких молекул в єдину молекулу, що має форму вузла трилисника. Після численних спроб і помилок такий метод був знайдений, і вчені отримали свою першу молекулу. "Використовуючи точно такий же підхід, ми зможемо отримати в майбутньому молекули, що мають більшу кількість "поворотів", які будуть володіти абсолютно новими дивовижними властивостями" - розповідає професор Херджес.
У "молекул Мебіуса", синтезованих вченими, спостерігається маса незвичайних електронних та оптичних властивостей. У кінцевому рахунку, ці унікальні властивості можуть бути використані для створення на основі "молекул Мебіуса" квантових обчислювальних систем, де вони можуть виконувати роль квантових бітів (кубітів), зберігають квантову інформацію у вигляді скрученої" або "розкрученої" форми молекули. Крім цього, через особливих квантово-механічних властивостей таких молекул, електричні струми, поточні всередині молекул під впливом зовнішніх магнітних полів, рухаються в напрямку, зворотному напрямку, в якому тек б електричний струм в молекулі, що має форму простого кільця.