A molecule with half-Möbius topology

Stereoisomers of C₁₃Cl₂&nbsp;exhibiting helical orbitals around a ring of carbon atoms were synthesized by atom manipulation on NaCl surfaces. We resolved the enantiomeric geometries of the singlet states by atomic force microscopy and mapped their helical orbital densities by scanning tunneling microscopy. A π-orbital basis of the helical, nonplanar singlets that twists by 90° in one circulation is consistent with a half-Möbius topology. In such a topology, the π-orbital basis changes sign with respect to two circumnavigations and is periodic with respect to four circumnavigations. A quasiparticle on a ring with this boundary condition could be interpreted as carrying a Berry phase of π/2. We demonstrate reversible switching of the topology between the two singlets of oppositely threaded half-Möbius topology and the planar, topologically trivial triplet state. Multireference calculations, including large-scale, sample-based ab initio calculations executed on quantum hardware, revealed that the switching is associated with a helical pseudo–Jahn-Teller effect.

6798

Sciece

Stereoisomers of C₁₃Cl₂&nbsp;exhibiting helical orbitals around a ring of carbon atoms were synthesized by atom manipulation on NaCl surfaces. We resolved the enantiomeric ...

Недавно команда Игоря Рончевича из Манчестерского университета (Великобритания) сообщила о создании молекул с полу-мёбиусовой топологией. Соответствующая статья была опубликована в журнале Science 5 марта 2026 года.Исследовательская группа с помощью атомной манипуляции на поверхности NaCl успешно синтезировала стереоизомеры C₁₃Cl₂, характеризующиеся спиральной орбитальной структурой, огибающей углеродное кольцо. С помощью атомно-силовой микроскопии была проанализирована геометрия энантиомеров в синглетном состоянии, а с помощью сканирующей туннельной микроскопии было построено распределение плотности их спиральных орбиталей.Исследовательская группа обнаружила, что базис π-орбиталей спиральной не-плоской синглетной молекулы, поворачивающихся на 90° за один оборот вокруг кольца, соответствует характеристикам топологии полу-ленты Мёбиуса. При такой топологии знак базиса π-орбиталей меняется на противоположный после двух оборотов и возвращается к исходной периодичности после четырёх оборотов. Квазичастицы в кольце, удовлетворяющие таким граничным условиям, можно интерпретировать как носители фазы Берри, равной π/2. Группа также реализовала обратимый топологический переход между двумя встречно закрученными полу-мёбиусовыми топологическими синглетными состояниями и топологически тривиальным плоским триплетным состоянием. Квантово-химические расчёты ab initio с использованием многореференсных методов, включающие крупномасштабные вычисления основных состояний на квантовом аппаратном обеспечении, показывают, что этот переход связан со спиральным псевдоэффектом Яна-Теллера.

A molecule with half-Möbius topology

Авторы

Igor Rončević

Fabian Paschke

Yueze Gao

Leonard-Alexander Lieske

Lene A. Gödde

Stefano Barison

Samuele Piccinelli

Alberto Baiardi

Ivano Tavernelli

Jascha Repp

Рекомендуем изучить