科技日報記者劉霞
日本名古屋大學科學家領導的團隊通過實驗，成功觀察了有機分子最外層電子（價電子）的分布情況。由于原子之間的相互作用由價電子控制，這一成果揭示了化學鍵的基本性質，有望促進藥學和化學工程等領域的發展。相關論文發表于最新一期《美國化學學會雜志》。
研究人員觀察到價電子的分布。圖片來源：日本理化學研究所
原子內電子的行為非常復雜，內層電子稱為核心電子，不與其他原子相互作用，主要作用是穩定原子自身；而外層電子決定了材料的大部分性質。鑒于此，了解材料的性質需要獲取其價電子的信息。此前人們很難通過實驗單獨分離出價電子信息，只能依靠理論模型和光譜學進行估計。
在最新研究中，通過在日本大型同步輻射光源SPring-8進行的同步加速器X射線衍射實驗，團隊觀察了甘氨酸分子的價電子狀態。
團隊觀察到的電子云并非預測的平滑形狀，而是處于破碎離散狀態。這種電子云分布證明了電子的量子力學性質。他們隨后借助先進的量子化學計算，證實了實驗結果和理論預測完美匹配。
在此基礎上，團隊對更復雜的胞苷分子進行了類似的實驗和計算。他們成功提取了碳雙鍵中的電子，并清楚地觀察到碳—碳和碳—氮鍵之間的差異。
這項研究使直接可視化化學鍵成為可能，有助于設計出新型功能材料，更深入地理解各種反應機制。此外，研究還有助解釋藥物效果之間的差異。
