Исчезающая ложка, или Удивительные истории из жизни периодической таблицы Менделеева

Для создания квантовой точки ученым требуется сконструировать крошечную колонну, едва различимую глазом. По виду она напоминает знаменитую Башню Дьявола[173]. Подобно геологическому монолиту, такая микроскопическая «башня» состоит из слоев. Снизу вверх в ней укладываются следующие вещества: полупроводник, тонкий изолирующий слой (керамика), индий, более толстый слой керамики и металлическая верхушка. На верхушку подается положительный электрический заряд, притягивающий электроны. Электроны устремляются вниз, пока не достигают изолятора, который для них обычно непроницаем. Однако если изолятор достаточно тонок, то электрон (который на фундаментальном уровне представляет собой просто волну) включает какую-то квантово-механическую магию и «туннелирует» прямиком к индию.

В этот момент ученые отключают электричество, перехватывая улетевший электрон. Атомная решетка индия такова, что электроны могут свободно перемещаться между атомами, однако поглощение электрона атомом здесь случается сравнительно редко. Электрон словно парит над слоем атомов, мобильный, но дискретный, и если слой индия достаточно тонок и узок, то порядка тысячи атомов индия объединяются и действуют как единое целое, совместно используя захваченный электрон. Возникает некий суперорганизм. Если внедрить в квантовую точку два или более электронов, то внутри индия они примут противоположные спины и рассредоточатся по гигантским орбиталям и оболочкам. Сказать, что это странно, – ничего не сказать. Фактически мы получаем колоссальные атомы, подобные тем, что образуются в конденсате Бозе – Эйнштейна, но без тех хлопот, которые связаны с охлаждением субстанции до миллиардной доли градуса выше абсолютного нуля. Причем такие опыты – отнюдь не забава, оторванная от реальности. Квантовые точки демонстрируют невероятный потенциал для создания квантовых компьютеров нового поколения. Ученые получают возможность управлять отдельными электронами и совершать вычисления с их помощью. Это гораздо более быстрая и чистая техника, чем прокачка миллиардов электронов через полупроводниковые интегральные схемы Джека Килби, сконструированные в середине прошлого века.

Периодическая система также преобразится под влиянием исследований, связанных с квантовыми точками. Эти точки настолько плоские, что и форма электронных оболочек в них очень своеобразная. В настоящий момент представляется, что периодическая система плоских элементов значительно отличается от той, которая известна нам сегодня. Во-первых, она более узкая, так как в ней правило октетов не соблюдается. Электроны заполняют оболочки быстрее, между инертными благородными газами насчитывается меньше элементов. Тем не менее многие квантовые точки весьма бурно реагируют друг с другом, вступая во взаимодействия и образуя… ну, кто их знает, что они образуют. В отличие от суператомов, никаких аналогий между «элементами» из квантовых точек и обычными элементами провести не удается.

Завершая книгу, следует признать, что сиборговская таблица, напоминающая замок с двумя башнями, укрепленный двумя рвами из лантаноидов и актиноидов, еще долгие годы будет красоваться в кабинетах химии. Это очень наглядная схема, по которой удобно и легко учиться. Но мне хотелось бы устыдить издателей учебников по химии: сиборговскую таблицу читатель зачастую видит уже на обложке, но почти никто из издателей хотя бы на заднем форзаце не готов напечатать еще несколько не менее наглядных и наводящих на размышление вариантов таблицы. Объемные фигуры, теснящиеся на странице, сближающие, казалось бы, совершенно разные элементы, стимулируют воображение. Я очень хотел бы пожертвовать хотя бы тысячу долларов какой-нибудь некоммерческой группе энтузиастов, которые не покладая рук выдумывали бы все новые варианты таблицы, какие только можно себе представить. Современная периодическая таблица долго и исправно служила нам, но, если удастся по-новому представить и начертить ее, это будет великое достижение для всего человечества (или как минимум его части). Более того, если когда-нибудь нас посетят инопланетяне, они по достоинству оценят нашу изобретательность, изучив такую схему. А если пофантазировать как следует – кто знает, вдруг они найдут среди наших таблиц тот вариант, который будет им знаком.

Не исключено, конечно, что старый добрый замок с башнями восхитит пришельцев своей изумительной и чистой простотой. Возможно, несмотря на все альтернативные варианты расположения элементов и все знания о суператомах и квантовых точках, которыми может обладать инопланетная цивилизация, они увидят в нашей периодической таблице что-то новое. Мы будем рассказывать им, как читать различные уровни информации, заложенные в таблицу Менделеева, а они – восторженно свистеть (или издавать другие сигналы), поражаясь тому, как красиво людям удалось расставить все химические элементы в такой наглядной периодической таблице.

Благодарности