O entrelaçamento quântico torna as ligações químicas mensuráveis pela primeira vez
Os físicos da LMU desenvolvem um novo quadro para compreender as ligações químicas através do entrelaçamento quântico
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A ligação química é um dos princípios organizadores centrais do mundo microscópico. Determina a forma como os átomos se combinam e, por conseguinte, rege uma vasta gama de propriedades físicas e químicas dos sistemas quânticos em muitas escalas de comprimento, desde pequenas moléculas e biomoléculas a materiais sólidos de grandes dimensões macroscópicas. No entanto, apesar da sua importância fundamental e do papel proeminente que já desempenham no ensino secundário das ciências, as ligações químicas permanecem surpreendentemente elusivas do ponto de vista da mecânica quântica. São indispensáveis para descrever a matéria, apesar de não serem quantidades diretamente observáveis.
Num artigo recentemente publicado na revista Nature Communications, o grupo liderado pelo físico da LMU, Dr. Christian Schilling, e membro do Grupo de Excelência MCQST, aborda este desafio de longa data utilizando conceitos da teoria da informação quântica. Com base na sua experiência em emaranhamento orbital na química quântica, Christian Schilling e a sua aluna de doutoramento Lexin Ding, atualmente bolseira da ETH em Zurique, juntamente com o colaborador Eduard Matito do Centro Internacional de Física de Donostia, em Espanha, desenvolveram um novo quadro para compreender as ligações químicas através do emaranhamento quântico.
Os investigadores introduziram a noção de orbitais atómicas maximamente emaranhadas (MEAOs), cujos padrões de emaranhamento revelam as estruturas de ligação das moléculas de uma forma natural e sistemática. De forma notável, a estrutura capta não só as ligações convencionais de dois centros descritas pelas estruturas de Lewis, mas também fenómenos de ligação mais complexos, incluindo ligações multicêntricas, sistemas aromáticos como o benzeno e padrões de ligação transitórios que surgem durante as reacções químicas. Estes diversos cenários de ligação podem agora ser descritos num único quadro unificado e totalmente ab initio.
O trabalho revela uma ligação profunda entre a ligação química e o emaranhamento quântico e estabelece uma linguagem unificada e quantitativa para a descrição dos fenómenos de ligação. "No futuro, a estrutura poderá tornar-se uma ferramenta poderosa para estudar sistemas moleculares complexos, reacções químicas e mecanismos de ligação não convencionais para os quais as abordagens tradicionais falham frequentemente", afirma Schilling.
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