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苯環(huán)（苯環(huán)上的電子結構）
好吧，瘋狂的化學佬立功了。在邁克爾·法拉第(Michael Faraday)發(fā)現苯分子近200年后(凱庫勒發(fā)現的是苯環(huán)分子結構)，研究人員終于厘清了它復雜的電子結構。
這不僅解決了自1930年以來一直在進行中的激烈爭論，而且對光電子材料的未來發(fā)展具有重要意義，因為許多光電子材料都是基于苯分子的。
眾所周知，苯分子是由6個碳原子和6個氫原子組成的環(huán)。當需要我們考慮分子上42個電子的性態(tài)時，問題就變得異常棘手。
“描述苯電子的數學函數有126維，” ARC激子科學卓越中心和澳大利亞新南威爾士大學悉尼分校的化學家Timothy Schmidt告訴ScienceAlert，“這意味著它是建立在126個坐標軸上的函數，每個電子具有3參數。電子不是獨立的，因此我們不能將其分解為42個獨立的三維函數?！?/p>
因此，從數學上描述苯的電子結構需要考慮126個維度?？梢韵胂螅@并不是一件容易的事。實際上，這種復雜性就是導致化學家爭論的原因——既然無法從根本理論上推導出結果，就有了人為提出可能假說的空間。
當前有兩種觀點：其一，苯遵循價鍵理論，具有局部電子；其二，分子軌道理論，苯帶有離域電子。問題是，兩者似乎都有解釋不清的地方。
研究人員在論文中寫道：“用軌道理論解釋電子結構忽略了其波函數在類似自旋交換反對稱的的特性。此外，分子軌道不能提供電子相關性的直觀描述。”
他們的團隊基于其最近開發(fā)的技術——被稱為動態(tài)Voronoi Metropolis采樣——使用一種算法來實現多電子系統(tǒng)波函數的可視化。
這樣可以將電子在Voronoi圖中分成單獨的磁貼，每個磁貼對應于電子坐標，從而使研究小組繪制出所有126個維的波函數。
他們發(fā)現了一些奇怪的東西。
論文中提及：“即存在上旋雙鍵的電子，也存在下旋單鍵的電子，反之亦然。超乎化學家對苯的通常認知?！?/p>
這樣的效果是，在有利的情況下，電子會相互避開，從而降低分子的能量，使分子更穩(wěn)定。
該研究已發(fā)表在《自然·通訊》上。
本文譯自 sciencealert，由譯者 majer 基于創(chuàng)作共用協(xié)議(BY-NC)發(fā)布。
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