Einstein's relativity rules chemical bonds in heavy elements, new research shows
Эксперимент Brown University показал, что при переходе к тяжёлым элементам, таким как бисмут, привязка электронов в тройных связях подчиняется законам релятивистского сжатия: электроны ускоряются до значительной доли скорости света, возникает сильный спин‑орбитальный взаимодействий, который стирает чёткое разделение σ‑ и π‑компонент. В результате традиционная схема «одна σ‑ и две π‑связи» переходит в смешанную структуру, где σ‑ и π‑характеры гибридируют, образуя два гибридных σ‑π‑связи и одну чистую π‑связь. Эти изменения проявляются в спектре фотоэлектронов, где расстояния вылетающих электронов раскрывают характер связей. Эксперимент охладил молекулы почти до абсолютного нуля, чтобы избавиться от вибраций.
Исследование в Science показало, что в системах бисмут‑углерод тройные связи не соответствуют классической схеме σ‑ и π‑компонент, а представляют гибридные σ‑π‑связи с одной чистой π‑связью. «Мы видим, что граница между σ‑ и π‑связями сглаживается», — сказал профессор Лаи‑Шэнь Вонг. Понимание релятивистского гибридирования может пересмотреть учебники по химии тяжёлых элементов и ускорить поиск заменителей свинца в фотоэлектрических солнечных элементах, где бисмут обещает большую эффективность и меньшую токсичность. Эти результаты также могут стимулировать исследования квантовых материалов и новых полупроводниковых систем. Это открывает путь к более надёжным устройствам будущего.