Как молекулы нарушают законы симметрии при кристаллизации?

В 2022 году группа исследователей под руководством химика Карла-Хайнца Эрнста из научного центра Empa совершила удивительное открытие в области молекулярной кристаллизации. Наблюдая за процессом кристаллизации молекул на серебряной поверхности, ученые обнаружили формирование необычных непериодических узоров.
Как молекулы нарушают законы симметрии при кристаллизации?
Изображение носит иллюстративный характер

Феномен получил название «Проблема Эйнштейна» (не имеющая отношения к знаменитому физику) и связан с образованием неповторяющихся структур при замощении поверхностей. Первый «прото-узор» такого типа был открыт Дэвидом Смитом в 2022 году.

Ключевым аспектом исследования стало изучение хиральности – «зеркальности» органических молекул. Докторант Ян Фойгт вместе с коллегами исследовал особую молекулу, способную менять свою хиральность при комнатной температуре. Результаты были опубликованы в престижном журнале Nature Communications.

Хиральность играет критическую роль в фармацевтической промышленности – более 50% современных лекарств являются хиральными соединениями. Биомолекулы, включая аминокислоты, сахара и белки, обладают специфической хиральностью, причем неправильная «зеркальность» может сделать лекарство неэффективным или даже опасным.

В ходе экспериментов молекулы формировали треугольники различных размеров, содержащие от 2 до 15 молекул на каждой стороне. Эти треугольники образовывали неправильные спирали на поверхности. В каждом эксперименте доминировал определенный размер треугольников, сопровождаемый треугольниками на размер больше и меньше.

Физические принципы этого явления связаны со стремлением молекул к максимально плотному покрытию серебряной поверхности. Хиральность вызывает небольшое смещение на краях треугольников, а дефекты создают центры спиралей. Баланс энергии и энтропии определяет формирование конечного узора.

Это открытие может иметь важные последствия для развития новых направлений в физике, особенно в изучении поведения электронов на апериодических поверхностях. Требуются дальнейшие исследования под воздействием магнитных полей на различных поверхностях.


Новое на сайте

19857Острова как политический побег: от Атлантиды до плавучих государств Питера Тиля 19856Яйца, которые спасли предков млекопитающих от худшего апокалипсиса на Земле? 19855Могут ли омары чувствовать боль, и почему учёные требуют запретить варить их живыми? 19854Премия в $3 млн за первое CRISPR-лечение серповидноклеточной анемии 19853Почему сотрудники игнорируют корпоративное обучение и как это исправить 19852Тинтагель: место силы Артура или красивая легенда? 19851Голоса в голове сказали правду: что происходит, когда галлюцинации ставят диагноз точнее... 19850Куда исчезает информация из чёрных дыр, если они вообще исчезают? 19849Чёрная дыра лебедь Х-1 бросает джеты со скоростью света — но кто ими управляет? 19848Что увидели фотографы над замком Линдисфарн — и почему они закричали? 19847Почему антисептики в больницах могут создавать устойчивых к ним микробов? 19846Правда ли, что курица может жить без головы? 19845Как Оскар Уайльд использовал причёску как оружие против викторианской морали? 19844Назальный спрей против всех вирусов: как далеко зашла наука 19843«Я ещё не осознал, что мы только что сделали»: первая пресс-конференция экипажа Artemis II
Ссылка