Più piccoli e intelligenti diventano telefoni e dispositivi, maggiore è la necessità di realizzare circuiti più piccoli. Scienziati lungimiranti negli anni '70 suggerirono che i circuiti potevano essere costruiti usando molecole invece di fili, e negli ultimi decenni quella tecnologia è diventata realtà.

Il guaio è, alcune molecole hanno interazioni particolarmente complesse che rendono difficile prevedere quale di esse potrebbe essere utile come circuiti in miniatura. Ma un nuovo articolo di due chimici dell'Università di Chicago presenta un metodo innovativo che riduce i costi computazionali e migliora la precisione calcolando le interazioni tra coppie di elettroni ed estrapolandole al resto della molecola.

"I modelli attuali tendono a sovrastimare la conduttanza, ma la nostra teoria supera i modelli tradizionali di uno o due ordini di grandezza, " ha detto il Prof. David Mazziotti, chi è coautore del documento, pubblicato il 17 maggio su Nature's Chimica delle comunicazioni .

Tutto, da migliori chip e batterie per computer a modi più ecologici per produrre sostanze chimiche, dipende dalla scoperta di nuovi tipi di sostanze chimiche e materiali, e gli scienziati si rivolgono sempre più ai computer per cercare nuove combinazioni in modo più efficiente. Invece di provare le permutazioni una per una, possono eseguire modelli che prevedono le migliori opzioni.

Ma è un'arte delicata, perché in molti casi questi calcoli possono consumare tempo di calcolo in modo allarmante. Nelle molecole con molti elettroni interagenti, "puoi finire molto rapidamente con la dimensione del calcolo che aumenta esponenzialmente con la dimensione della molecola, " Disse Mazziotti.

Mazziotti e il dottorando Manas Sajjan si sono proposti di semplificare, creare un metodo per prevedere la conduttività molecolare che utilizzi l'interazione tra due elettroni per rappresentare tutte le interazioni. "Per fare un esempio, per una particolare molecola il metodo tradizionale potrebbe richiedere il calcolo con 1024 variabili, mentre il nostro ha 109 variabili, un quadrilione di variabili in meno, " Ha detto Sajjan. Questa è la differenza tra un problema per il quale hai bisogno di un supercomputer rispetto a uno che puoi fare su un laptop.

Questa scelta permette un approccio insolito ma potente. Le teorie esistenti per la conduttività molecolare assegnano un determinato numero di tensione applicata alla molecola per prevedere un numero per la corrente che potrebbe quindi fluire attraverso di essa. Sajjan e Mazziotti hanno ribaltato questo paradigma. Hanno riparato prima la corrente, e poi ho calcolato la tensione. Questo risulta essere molto più accurato:quando hanno verificato il loro metodo con una molecola ben nota, lo hanno visto superare i metodi tradizionali di uno o due ordini di grandezza.

"L'importante è che sia davvero rigoroso. Anche con la conduzione c'è ancora una mappatura uno a uno con il sistema a molti elettroni, " Ha detto Mazziotti. Il processo per assicurarsi che il sistema a due elettroni rappresenti ancora il sistema a molti elettroni è un problema molto impegnativo che esiste da 50 anni, ma ha detto che ne vale la pena.

"Quasi tutti i grandi problemi che le persone stanno cercando di risolvere riguardano il lavoro con materiali difficili da esplorare con i metodi tradizionali, " ha detto. "Se possiamo prevedere meglio la conduttività, possiamo progettare in modo più efficace molecole e materiali migliori".