オーバーン大学の研究者たちは、自由電子を精密に制御する新しいタイプの材料を開発し、量子コンピューティングと化学製造を革命化する可能性がある。溶媒和電子前駆体を安定した表面に固定することで、チームは電子の調整可能な挙動を達成した。発見はACS Materials Lettersに掲載された。
電子は、化学反応や技術プロセスの中核をなす微小な荷電粒子ですが、通常は原子内に閉じ込められており、その応用が制限されます。しかし、エレクトリドでは電子が自由に移動し、エネルギー伝達、結合、導電性における新しい可能性を生み出します。オーバーン大学の化学、物理学、材料工学にまたがる学際的なチームは、表面固定エレクトリドを作成することでこの分野を進展させました。これらの材料は、溶媒和電子前駆体—孤立金属分子複合体—をダイヤモンドや炭化ケイ素などの耐久性のある表面に結合させ、エレクトリドを安定、調整可能、スケーラブルにします。
この革新により、電子を調整可能にします：孤立した「島」として量子ビットとして先進的なコンピューティングに機能したり、広がった「海」として複雑な化学反応を促進したりします。この多用途性は、解決不能な問題を解く量子コンピュータや、燃料、医薬品、産業材料の生産を加速する触媒につながる可能性があります。
「これらの自由電子を制御する方法を学ぶことで、自然が決して意図しなかったことをする材料を設計できます」と、オーバーン大学の化学准教授で研究の主任著者のエヴァンゲロス・ミリオルドス博士は、先進的な計算モデリングに依存した研究について述べました。
以前のエレクトリドは不安定さとスケーリングの問題に苦しんでいましたが、この表面ベースのアプローチはそれらの障害を克服し、理論を実用的なデバイスに橋渡しします。「私たちの社会が現在の技術の限界を押し進める中、新しい種類の材料への需要が爆発的に増えています」と、オーバーン大学の物理学准教授マルセロ・クロダ博士は指摘しました。「私たちの仕事は、物質内の相互作用に関する基礎研究の機会と実用的応用の両方を提供する材料への新しい道を示しています。」
「これは基礎科学ですが、非常に現実的な影響があります」と、材料工学助教授のコンスタンチン・クリュキン博士は付け加えました。「私たちは、計算と製造の方法を変える可能性のある技術について話しています。」
「量子コンピューティングと触媒への応用のための調整可能な電子非局在化を持つエレクトリド」というタイトルの研究は、大学院生のアンドレイ・エヴドキモフとヴァレンティナ・ネステロヴァが共著者です。この研究は、米国国家科学財団とオーバーンの計算リソースからの支援を受けました。