Молекулярную самосборку симулировали на суперкомпьютере

Метод молекулярной самосборки наноустройств «снизу вверх» вся чаще рассматривают как альтернативу традиционным процессом изготовления электронных схем «сверху вниз», приближающимся к физическому пределу миниатюризации.

Для того, чтобы лучше понять явление самосборки, сотрудники Мюнхенсого Технического университета (TU Munich) исследовали средствами компьютерного квантовомеханического моделирования все аспекты взаимодействия участвующих в них компонентов, включая ковалентное связывание и Ван-дер-Вааальсовы взаимодействия молекул между собой и с поверхностью.

Симуляции динамики молекул порфирина выполнялись ими на машине SuperMUC в Суперкомпьютерном центре Лейбница в Гархинге (Германия) методом теории функционала плотности. Полученные результаты представлены на этой неделе в журнале Journal of Chemical Physics.

Порфириновый коммутатор занимает на поверхности площадь всего один квадратный нанометр, а молекула 2H-порфирина, ставшая предметом изучения немецких учёных, и того меньше. Порфирины это группа циклических углеводородов, образующих хлорофилл и гем — небелковый компонент гемопротеинов, который отвечает за перенос кровью кислорода и углекислого газа. Потенциальными приложениями для порфиринов являются сенсибилизированные красители органических солнечных батарей, сенсоры и молекулярные магниты.

В ходе симуляции с молекулами порфирина, расположенными на медной или серебряной подложке, исследователи выяснили, что наибольший вклад во взаимодействие молекул с поверхностью металла вносят дальнодействующие слабые Ван-дер-вальсовы силы. Сюрпризом стало, что прямые (без участия поверхности) взаимодействия между молекулами играют пренебрежимо малую роль в процессе самоорганизации.

«Анализ электронной структуры и индивидуальных компонентов взаимодействий позволил нам лучше понять самосборку порфирина, адсорбированного на меди и серебре, а также сделать прогнозы для более сложных аналогов порфирина, — отметила Катарина Диллер (Katharina Diller) из TU Munich. — Выводы, однако, не учитывают эффекты движения атомов при конечной температуре, выходящие за рамки данного исследования».

Ready, set, buy! Посібник для початківців - як придбати Copilot для Microsoft 365