IBM Research bersama Oxford dan Manchester berhasil menciptakan molekul dengan topologi elektronik half-Möbius. Struktur unik ini membuat orbital elektron berputar 90 derajat di setiap sirkuit dan membuka jalan baru dalam desain material kuantum.
Para ilmuwan dari IBM Research bersama University of Oxford dan University of Manchester berhasil menciptakan molekul eksperimental dengan struktur elektronik yang belum pernah diamati sebelumnya. Molekul dengan rumus kimia C13Cl2 ini memiliki konfigurasi orbital elektron berbentuk spiral yang dikenal sebagai half-Möbius topology.
Struktur tersebut dibangun dengan menyusun atom satu per satu menggunakan teknik manipulasi atom pada permukaan material di lingkungan vakum ultra-tinggi. Hasil penelitian ini dipublikasikan dalam jurnal ilmiah Science dan menjadi salah satu demonstrasi paling jelas tentang bagaimana sifat materi dapat direkayasa secara presisi di tingkat atom.
Penemuan ini menarik perhatian karena sistem elektron pada molekul tersebut tidak mengikuti pola konvensional seperti pada molekul aromatik biasa. Pada molekul ini, basis π-orbital mengalami pelintiran sebesar 90 derajat setiap kali elektron mengelilingi cincin karbon.
Akibatnya, sistem orbital baru kembali ke fase kuantum awal setelah empat kali sirkuit penuh di sepanjang struktur molekul. Fenomena ini menunjukkan bentuk topologi elektronik yang berbeda dari struktur Hückel maupun Möbius yang telah dikenal sebelumnya.
Para peneliti juga menunjukkan bahwa konfigurasi topologi tersebut dapat diubah secara reversibel. Molekul dapat berada dalam kondisi pelintiran searah jarum jam, berlawanan arah jarum jam, maupun dalam bentuk datar tanpa pelintiran.
Kemampuan untuk mengganti konfigurasi ini menunjukkan bahwa topologi elektronik dapat diperlakukan sebagai derajat kebebasan baru dalam desain material. Konsep ini membuka peluang untuk mengontrol sifat kimia dan fisika suatu molekul secara lebih presisi.
Dalam eksperimen tersebut, para ilmuwan menggunakan kombinasi mikroskopi tunneling scanning dan atomic force microscopy untuk memetakan struktur orbital molekul. Teknik ini memungkinkan mereka melihat distribusi orbital elektron yang membentuk pola spiral pada sistem karbon cincin tersebut.
Untuk memverifikasi perilaku elektron yang sangat kompleks, tim peneliti menggunakan komputer kuantum dari IBM. Simulasi kuantum memungkinkan mereka memodelkan interaksi elektron yang saling terhubung, sesuatu yang sangat sulit dilakukan oleh komputer klasik.
Pendekatan yang menggabungkan komputasi kuantum dengan superkomputer konvensional ini membuka jalan baru dalam riset kimia kuantum. Metode tersebut berpotensi mempercepat penemuan material baru serta membantu ilmuwan memahami struktur materi hingga ke level mekanika kuantum.
