Plus les téléphones et les appareils deviennent petits et intelligents, plus le besoin de construire des circuits plus petits est grand. Des scientifiques avant-gardistes dans les années 1970 ont suggéré que les circuits pourraient être construits en utilisant des molécules au lieu de fils, et au cours des dernières décennies, cette technologie est devenue une réalité.

Le problème est, certaines molécules ont des interactions particulièrement complexes qui rendent difficile de prédire laquelle d'entre elles pourrait servir de circuits miniatures. Mais un nouvel article de deux chimistes de l'Université de Chicago présente une méthode innovante qui réduit les coûts de calcul et améliore la précision en calculant les interactions entre les paires d'électrons et en les extrapolant au reste de la molécule.

"Les modèles actuels ont tendance à surestimer la conductance, mais notre théorie surpasse les modèles traditionnels d'un à deux ordres de grandeur, " a déclaré le professeur David Mazziotti, qui a co-écrit l'article, publié le 17 mai dans Nature's Chimie des communications .

Tout, des meilleures puces et batteries informatiques aux moyens plus écologiques de produire des produits chimiques, dépend de la découverte de nouveaux types de produits chimiques et de matériaux, et les scientifiques se tournent de plus en plus vers les ordinateurs pour rechercher plus efficacement de nouvelles combinaisons. Au lieu d'essayer les permutations une par une, ils peuvent exécuter des modèles qui prédisent les meilleures options.

Mais c'est un art délicat, car dans de nombreux cas, ces calculs peuvent consommer du temps de calcul d'une manière alarmante. Dans les molécules avec beaucoup d'électrons en interaction, "on peut très vite se retrouver avec une taille de calcul qui augmente exponentiellement avec la taille de la molécule, " a déclaré Mazziotti.

Mazziotti et l'étudiant diplômé Manas Sajjan ont entrepris de simplifier, créer une méthode de prédiction de la conductivité moléculaire qui utilise l'interaction entre deux électrons pour représenter toutes les interactions. « Pour prendre un exemple, pour une molécule particulière, la méthode traditionnelle peut nécessiter un calcul avec 1024 variables, alors que le nôtre a 109 variables - un quadrillion de variables en moins, " a déclaré Sajjan. C'est la différence entre un problème pour lequel vous avez besoin d'un superordinateur et celui que vous pouvez résoudre sur un ordinateur portable.

Ce choix permet une approche inhabituelle mais puissante. Les théories existantes pour la conductivité moléculaire attribuent un nombre défini de tension appliquée à la molécule pour prédire un nombre pour le courant qui pourrait ensuite la traverser. Sajjan et Mazziotti ont renversé ce paradigme. Ils ont d'abord corrigé le courant, puis calculé la tension. Cela s'avère beaucoup plus précis :lorsqu'ils ont vérifié leur méthode avec une molécule bien connue, ils ont vu qu'il surpassait les méthodes traditionnelles d'un à deux ordres de grandeur.

"Ce qui est important, c'est que c'est vraiment rigoureux. Même avec la conduction, il y a toujours une cartographie un à un avec le système à plusieurs électrons, " a déclaré Mazziotti. Le processus consistant à s'assurer que le système à deux électrons représente toujours le système à plusieurs électrons est un problème très difficile qui existe depuis 50 ans, mais il a dit que cela en valait la peine.

"Presque tous les gros problèmes que les gens essaient de résoudre impliquent de travailler avec des matériaux difficiles à explorer avec des méthodes traditionnelles, " dit-il. " Si nous pouvons mieux prédire la conductivité, nous pouvons concevoir plus efficacement de meilleures molécules et matériaux."