Kemipriset: Dator ersätter labbslask
av Kerstin Österberg Forum 1998-11, sida 17, 19.11.1998
trånga cirklar (cyklotronbanor). De parar ihop sig med flödeskvanta från det starka magnetfältet (magnetflödet är kvantiserat) och bildar en kvasipartikel. Partikeln består av tre, fem, sju eller fler magnetfältskvanta, vid sidan av elektronen. Denna märkliga partikel har heltaligt spinn och uppträder således som en boson. Därmed kan den kondensera till vätska.
Kvantvätskan är i det närmaste omöjlig att trycka ihop eftersom det förutsätter att nya kvasipartiklar bildas. Och det krävs oerhört mycket energi för att framställa en sådan partikel. Inte nog med det. En kvasipartikel får paradoxalt nog en laddning som bara är en bråkdel av den ingående elektronens “odelbara’ enhetsladdning. En partikel bestående av tre flödeskvanta och en elektron får exempelvis en tredjedels elektronladdning osv. Det beror på att flödeskvanta påverkar elektronen. Elektronens balans rubbas (precesserar) så att det uppstår ett tomrum i partikeln. Detta positivt laddade ”hål’, som har en bråkdels enhetsladdning, förtar en del av den negativa elektronladdningen.
Nyligen har andra forskare visat att tredjedelsladdningarna existerar i verkligheten. Med ytterligt känsliga förstärkare har de mätt bruset från strömmen genom en kvantvätska. Det visar sig att bruset är motsvarande lägre än om det varit elektronladdningar som burit strömmen.
Sannolikt har inte elektronvätskan någon näraliggande tillämpning; de tre pristagarnas arbeten är ren grundforskning. Men i ett femtioårigt perspektiv kanske kvasipartiklarna kan tämjas till att göra nytta i något slags framtida elektronik. &
Anders Wallerius/Ny teknik Läs mer på http.//uwwkva.se
FORUM NR 11/98
Walther Kokm
Elektrontätbeten bos aminosyran cystein beräknad med kvantkemiskt datorprogram. Bilden visar en yta med elektrontätheten 0.002 elektroner/Å?: nästan alla elektroner befinner sig innanför ytan. Gråskatan visar de elektrostatiska potentialen, mörkare partier svarar mot negativ potential.
ättre med virtuella experimen i datorn än att slaska med be svärliga kemikalier under drag skåpet. Så resonerar forskare idag och skänker en tacksamhetens tanke till årets Nobelpristagare i kemi, John Pople och Walter Kolin. Popie och Kohn har använt kvantmekanikens teorier till att skapa ett nytt sätt att undersöka molekyler och följa kemiska reaktioner. Resultatet blev en ny gren inom kemin, kvantkemin. Ihop med nutidens kraftfulla datorer gör deras metoder det möjligt att utforska kemins innersta väsen på dataskärmen. Och ibland till och med göra det bättre än med ‘verkliga experiment.
Många andra har naturligtvis bidragit till det kvantkemiska bygget, men Nobelkommittén ser Pople och Kohn som de två portalfigurerna.
John Pople eftersom han lyckades förenkla den gamla kvantmekanikens ekvationer hundrafalt och samtidigt fick en mycket hög noggrannhet i sina beräkningar. Det var ett stort steg från de tidigare uträkningarna som byggde på approximationer kring elektronernas antal och lägen. Hans datorprogram, Gaussian, blev en succé på 1970talet. Idag används det i utvecklat skick över hela världen.
Walter Kohn, som med sin teori om täthetsfunktionalen förfinade och förenklade Poples beräkningsmetoder. Enligt Kohns teori behöver man inte ta hänsyn till varje enskild elektrons rörelse. Det räcker att veta hur mång elektroner som i genomsnitt befinner sig i varje punkt i rummet, den så kallade elektrontätheten.
Basen för både Poples och Kohns teorier formulerades av en annan Nobelpristagare österrikaren Erwin Schrödinger. Han skapade den ekvation som förklarar kvantmekaniken för 70 år sedan, och fick Nobelpriset i fysik för det 1933. Schrödingers ekvation gjorde det möjligt att beräkna hur elektroner och atomer växelverkar och bygger upp materien.
Det här gick bra att tillämpa inom fysiken. Men kemin med sina komplicerade molekyler och reaktioner var betydligt svårare att komma åt. Datorernas intåg på G0-talet satte fart på utvecklingen.
Det verkliga genombrottet för kvantkemin kom för tio år sedan. Då började man kunna studera stora sammansatta molekyler som enzymer. Nu används kvantkemin för så vitt skilda syften som att undersöka okända molekyler i världsrymden och växelverkan mellan proteiner och olika likemedelssubstanser. & Kerstin Österberg/Ny teknik
Två delar kemipriset
Walter Kohn och John Pople delar nobelpriset i kemi med motiveringen ”till Walter Kohn för hans utveckling av täthetsfunktionalteorin och till John Pople för hans utveckling av kvantkemisk beräkningsmetodik.”
John A Pople