Фізики запропонували новий підхід у розгляді міжмолекулярної взаємодії, як взаємодії хвиль щільності заряду.
Колектив фізиків з Люксембургу, США та Німеччини запропонував принципово новий механізм освіти міжмолекулярної взаємодії. Дослідники розглядають його не як взаємодію частинок, а як зв'язок між хвилями щільності заряду (електронів). Результати роботи опубліковані в журналі Science.
Атоми і молекули, як відомо, нейтральні, а значить, електрично взаємодіяти не повинні. Але коли вони розташовані дуже близько, так, що електронні оболонки атомів перекриваються, то відбувається поляризація - зміщення електронів відносно ядер, і утворюються так звані електричні діполі, з одного боку яких розташований позитивний заряд, а з іншого негативний.
А деякі молекули мають дипольний характер спочатку. У цьому випадку між молекулами з'являються сили взаємодії, названі на ім'я голландського фізика Ван дер Ваальса, який ввів їх у далекому 1869 році, щоб пояснити, чому поведінка реальних газів відрізняється від ідеального газу. За свої роботи він був удостоєний Нобелівської премії за 1910 рік.
Сили Ван дер Ваальса широко поширені в природі і відіграють вирішальну роль в освіті і стійкості різних молекулярних структур в біології, хімії, фізиці та матеріалознавстві. Наприклад, як вважають, саме вони забезпечують стабільність подвійної спіралі ДНК. За останні два десятиліття далеко вперед зробили крок нанотехнології, що дозволили створити матеріали з унікальними властивостями, зокрема, полімерні композити, тобто матеріали з декількох складових. А для того, щоб зрозуміти їхні властивості, треба уявляти, як вони самоорганізуються на молекулярному рівні. Збірка таких матеріалів відбувається в основному за рахунок сил Ван-дер Ваальса. Тому інтерес до цих сил не слабшає. А експерименти показують, що з ними все не так просто.
Розвиток квантової механіки додав другу можливість виникнення сил Ван-дер Ваальса - завдяки флуктуаціям вакууму. Вакуум за сучасними уявленнями зовсім не порожній. Він являє собою киплячий суп з народжуваних і гинучих різних віртуальних частинок і античастинок. Вони також можуть призводити до поляризації молекул і появи міжмолекулярних сил.
Автори цього дослідження запропонували розглядати міжмолекулярну взаємодію як зв'язок між хвилями щільності заряду (електронів), а не частинками. За словами керівника робіт, професора Люксембурзького університету Олександра Ткаченка, в класичному випадку молекули розглядаються як два ланцюжки атомів, і в них визначаються точки, які притягуються один до одного. Потім просто підсумовуються всі пари. Але насправді це не так, і замість частинок необхідно розглядати хвилі.
Дослідники вважають, що таке принципово нове уявлення допоможе подолати розрив між двома перерахованими точками зору на природу сил, а також допоможе вченим зрозуміти і контролювати взаємодію між об'єктами на наноурівні, оскільки забезпечує кількісно точну обчислювальну основу для прогнозування хімічних і фізичних властивостей. За оцінками ряду фахівців ця робота може зробити істотний вплив як на розуміння природи сил, так і на розвиток наук про матеріали і технології. За
матеріалами Корнельського університету.