Kvantinės chemijos pasaulyje

Dr. Jelena Tamulienė

 

Sena keičia nauja

Kiekvienam iš mūsų yra žinomi akmens, vario, bronzos ir geležies amžiai – istoriniai laikotarpiai, apibrėžti pagal medžiagas, kurias tuo metu naudojo skirtingos civilizacijos. Civilizacijų gyvenimo lygis ir vystymosi sparta priklausė nuo vietoje atrandamų medžiagų bei gebėjimo jas efektyviai panaudoti. Pirmoji pramonės revoliucija įvyko tuomet, kai buvo atrastas geležies rūdos apdorojimo būdas – sukurtas plienas.

Akivaizdu, kad naujų medžiagų kūrimas reikalavo (ir reikalauja)  daug laiko ir lėšų. Kiekvienas atradimas buvo vienas iš retų sėkmingų rezultatų, pasiektų po daugybės bandymų ir eksperimentų, kurių metu taip pat buvo kuriamos naujos priemonės ir įranga. Pavyzdžiui, puslaidininkių atradimas ir jų panaudojimas lustuose bei mikroprocesorių atsiradimas paspartino kompiuterių kūrimą ir tobulinimą. Taip pat lėmė programinės įrangos sukūrimą, kuri naudojama įvairiems tikslams. Taip pat naujų medžiagų modeliavimui, kūrimui ir esamų medžiagų savybių nagrinėjimui. Šiandien norint sukurti naujas arba patobulinti esamas medžiagas, nebereikia atlikti visų įmanomų eksperimentų. Pakanka teorinių tyrimų, kurių rezultatai leidžia nustatyti, kurias naujas medžiagas verta sintetinti, nes prognozuojamos jų savybės geriausiai atitinka numatytus tikslus, o taip pat sukurti pagrindinius jų sintezės etapus.

 

Nauji atradimai vienu klavišo paspaudimu

Šiuo metu mokslininkai, kuriantys medžiagas, naudoja programinę įrangą, skirtą įvairiems tikslams. Pavyzdžiui, vaistų kūrimui ir atradimui naudojamos tokios programos kaip StarDrop, Augusta ir kitos. Su šiomis priemonėmis galima projektuoti ir optimizuoti naujas, specifines savybes turinčias medžiagas. Taip pat egzistuoja programinė įranga, skirta katalizinių procesų supratimui ir tobulinimui, saulės elementų modeliavimui, baltymų ir ligandų sąveikos bei fermentų veikimo mechanizmų prognozavimui.

Net ir kvantiniai kompiuteriai, o tiksliau – molekuliniai sukinio kubitai, kurie laikomi perspektyviais kandidatais molekulinei spintronikai ir kvantiniam jutimui, yra modeliuojami, naudojant sukurtą ir nuolat tobulinamą programinę įrangą.

Teoriniai tyrimai leidžia pažvelgti, kaip įvairiose medžiagose sąveikauja molekulės. Pavyzdžiui, čia parodyta, kaip keičiasi KL1421 molekulės (dešinėje) geometrinė struktūra, jai sąveikaujant su maža acto rūgšties molekule (kairėje).

Taip pat galima stebėti, kaip keičiasi šios molekulės elektroninė struktūra, sąveikaujant su butadieno molekule.

 

Paskaitoje „Kai susilieja mokslai“, kuri įvyks rugsėjo 15 d. 11 val. Nacionalinio Fizikos ir technologijos mokslų centro B 435 aud. (Saulėtekio al. 3, Vilnius), pateksite į kvantinės chemijos pasaulį. Sritį, kur susitinka fizika, chemija ir informacinės technologijos. Sužinosite, kaip mokslininkai „narsto“ molekules ir jų darinius tam, kad suprastų jų savybes dar prieš eksperimentus laboratorijoje. Pamatysite, kaip tokie tyrimai padeda kurti naujus, efektyvesnius vaistus kovai su maliarija, padeda atrinkti medžiagas, tinkamas išmaniesiems optiniams ir cheminiams jutikliams, kuriais galima aptikti pavojingas medžiagas aplinkoje, nustatyti oro ar vandens kokybę, netgi diagnozuoti ligas. Mokslų susiliejimas gimdo naujus svarbius atradimus ir realius pokyčius pasaulyje.

 

https://www.lrytas.lt/it/laboratorija/2025/09/08/news/kvantines-chemijos-pasaulyje-39437098