Van der Waals-interacties tussen moleculen behoren tot de belangrijkste krachten in de biologie, natuurkunde, en scheikunde, omdat ze de eigenschappen en het fysieke gedrag van veel materialen bepalen. Voor een lange tijd, men was van mening dat deze interacties tussen moleculen altijd aantrekkelijk zijn. Nutsvoorzieningen, Voor de eerste keer, Mainak Sadhukhan en Alexandre Tkatchenko van de onderzoekseenheid voor natuurkunde en materiaalwetenschappen van de Universiteit van Luxemburg ontdekten dat in veel vrij gewone situaties in de natuur de van der Waals-kracht tussen twee moleculen afstotend wordt. Dit zou kunnen leiden tot een paradigmaverschuiving in moleculaire interacties.

"De leerboeken gingen er tot nu toe van uit dat de krachten alleen aantrekkelijk zijn. Voor ons, de interessante vraag is of je ze ook weerzinwekkend kunt maken, " Prof Tkatchenko legt uit. "Tot voor kort, er was geen bewijs in de wetenschappelijke literatuur dat van der Waals-troepen ook afstotend zouden kunnen zijn." Nu, hebben de onderzoekers in hun paper laten zien, gepubliceerd in het gerenommeerde wetenschappelijke tijdschrift Fysieke beoordelingsbrieven , dat de krachten zijn, in feite, weerzinwekkend wanneer ze plaatsvinden onder opsluiting.

De alomtegenwoordige Van der Waals-kracht werd voor het eerst verklaard door de Duits-Amerikaanse natuurkundige Fritz London in 1930. Met behulp van kwantummechanica, hij bewees de puur aantrekkelijke aard van de Van der Waals-kracht voor elke twee moleculen die in de vrije ruimte op elkaar inwerken. "Echter, in de natuur werken moleculen in de meeste gevallen samen in besloten ruimtes, zoals cellen, membranen, nanobuisjes, enz. In deze specifieke situatie, van der Waals-krachten worden afstotend op grote afstanden tussen moleculen, " zegt prof Tkatchenko.

Mainak Sadhukhan, de co-auteur van de studie, ontwikkelden een nieuwe kwantummechanische methode waarmee ze van der Waals-krachten in opsluiting konden modelleren. "We konden veel eerdere experimentele resultaten die tot nu toe onverklaard waren, rationaliseren. Onze nieuwe theorie maakt het mogelijk, Voor de eerste keer, voor een interpretatie van vele interessante fenomenen die zijn waargenomen voor moleculen in opsluiting, ' zegt Mainak Sadhukhan.

De ontdekking zou veel potentiële implicaties kunnen hebben voor de afgifte van farmaceutische moleculen in cellen, ontzilting en transport van water, en zelfassemblage van moleculaire lagen in fotovoltaïsche apparaten.

De onderzoeksgroep van prof. Tkatchenko werkt aan methoden die de eigenschappen van een breed scala aan intermoleculaire interacties modelleren. Alleen in 2016, ze ontdekten dat de ware aard van deze Van der Wals-krachten verschilt van conventionele wijsheid in scheikunde en biologie, omdat ze moeten worden behandeld als koppeling tussen golven in plaats van als wederzijdse aantrekking (of afstoting) tussen deeltjes.