Ju mindre och smartare telefoner och enheter blir, desto större är behovet av att bygga mindre kretsar. Framåtriktade forskare på 1970-talet föreslog att kretsar kunde byggas med hjälp av molekyler istället för ledningar, och under de senaste decennierna har tekniken blivit verklighet.

Problemet är, vissa molekyler har särskilt komplexa interaktioner som gör det svårt att förutsäga vilka av dem som kan vara bra på att fungera som miniatyrkretsar. Men ett nytt papper av två kemister vid University of Chicago presenterar en innovativ metod som minskar beräkningskostnaderna och förbättrar noggrannheten genom att beräkna interaktioner mellan elektronpar och extrapolera dem till resten av molekylen.

"Nuvarande modeller tenderar att överprognoser konduktans, men vår teori överträffar traditionella modeller med så mycket som en till två storleksordningar, "sade prof. David Mazziotti, som var medförfattare till tidningen, publicerad 17 maj i Nature's Kommunikationskemi .

Allt från bättre datorchips och batterier till grönare sätt att producera kemikalier beror på att upptäcka nya typer av kemi och material, och forskare söker alltmer till datorer för att söka efter nya kombinationer mer effektivt. Istället för att prova permutationer en efter en, de kan köra modeller som förutsäger de bästa alternativen.

Men det är en känslig konst, eftersom dessa beräkningar i många fall kan förbruka alarmerande snabbt. I molekyler med många interagerande elektroner, "Du kan mycket snabbt hamna med att beräkningsstorleken ökar exponentiellt med molekylens storlek, "Sa Mazziotti.

Mazziotti och doktoranden Manas Sajjan gav sig ut för att förenkla, skapa en metod för att förutsäga molekylär konduktivitet som använder interaktionen mellan två elektroner för att representera alla interaktioner. "För att ta ett exempel, för en viss molekyl kan den traditionella metoden kräva beräkning med 1024 variabler, medan vår har 109 variabler - en kvadrillion färre variabler, "Sajjan sa. Det är skillnaden mellan ett problem som du behöver en superdator mot en du kan göra på en bärbar dator.

Detta val tillåter ett ovanligt men kraftfullt tillvägagångssätt. Befintliga teorier för molekylär konduktivitet tilldelar ett bestämt antal spänningar som appliceras på molekylen för att förutsäga ett tal för strömmen som sedan kan flöda genom den. Sajjan och Mazziotti vred detta paradigm på huvudet. De fixade strömmen först, och sedan beräknat spänningen. Detta visar sig vara mycket mer exakt:När de kontrollerade sin metod med en välkänd molekyl, de såg att det överträffade traditionella metoder med en till två storleksordningar.

"Det som är viktigt är att det är riktigt strikt. Även med ledningen finns det fortfarande en en-till-en-kartläggning med många-elektron-systemet, "Mazziotti sa. Processen att se till att tvåelektronsystemet fortfarande representerar mångaelektronsystemet är ett mycket utmanande problem som har funnits i 50 år, men han sa att det är värt kampen.

"Nästan alla de stora problemen som människor försöker lösa handlar om att arbeta med material som är svåra att utforska med traditionella metoder, "sa han." Om vi ​​bättre kan förutsäga konduktiviteten, vi kan mer effektivt designa bättre molekyler och material. "