معماهای انیشتین به ما این سوال را می دهد که آیا امکان پذیر است که با استفاده از یک شکل خاص، یک صفحه را به طور کامل پوشاند بدون اینکه الگویی تکراری ایجاد شود؟ یک تیم تحقیقاتی موفق به ایجاد مولکول خاصی روی سطح نقره متبلور گردیدند و انتظار داشتند که الگوی منظمی ایجاد کنند، اما متوجه شدند که هر بار الگوهایی متفاوت و نامنظم ظاهر می شوند که هرگز تکرار نمی شوند! دلیل این پدیده، شکل خاص مولکول ها بود که موجب قرار گرفتن مثلث های بزرگ و کوچک در کنار هم شد، اما به طور کامل با هم مطابقت نداشتند. این مساله طرح هایی عجیب و غیرتکراری پدید آورد، مانند یک پازل که هر بار به شیوه ای متفاوت چیده می شود. آنها در نتیجه کشفی تقریباً تصادفی موفق به پاسخگویی به معمای آنیشتین شدند.
در دنیای ریاضیات، مسأله ای که به آن «انیشتین» می گویند، هیچ ارتباطی با آلبرت انیشتین ندارد. این مسئله می پرسد: آیا می توان یک سطح را با یک شکل واحد کاشی کاری کرد که الگو هرگز تکرار نشود؟ چنین شکلی برای نخستین بار توسط دیوید اسمیت، ریاضیدان آماتور انگلیسی، در سال ۲۰۲۲ کشف گردید.
اخیراً محققان مؤسسه Empa به طور غیرمنتظره ای الگوی مشابهی را در ساختار بلورهای مولکولی شناسایی کردند. هنگامی که یک مولکول خاص بر سطح نقره متبلور شد، به جای تشکیل ساختار منظم مورد انتظار، الگوهای نامنظمی پدید آمد که هرگز تکرار نمی شدند.
در ابتدا، محققان این پدیده را خطای آزمایشی تصور کردند، اما آزمایش های بیشتر نشان داد که این الگوهای شبه تصادفی کاملاً واقعی هستند.
مولکول مورد نظر tris (tetrahelicenebenzene) یا t [۴]HB بود که ویژگی منحصربه فردی دارد: این مولکول می تواند در دمای اتاق حالت دست سانی (chiral) خود را تغییر دهد، در حالی که اکثر مولکول های کایرال عموماً شکل خود را ثابت نگه می دارند.
چرا الگو ها هرگز تکرار نمی شوند؟
محدودیت های چیدمان مولکولی: مولکول ها مثلث هایی در اندازه های متفاوت ایجاد می کنند (۲ تا ۱۵ مولکول در هر ضلع).
ناهماهنگی ناشی از کایرالیته: مثلث های تولیدشده به طور کامل روی هم منطبق نمی شوند و در نتیجه الگویی با جابه جایی های جزئی تشکیل می گردد.
نقش نقص ها (Defects): این الگوها شامل حفره های کوچکی می شوند که در نهایت ساختاری مشابه با مارپیچ را خلق می کنند.
جمع بندی علمی: نقص های کوچک در این سازه ها منجر به چیدمان متراکم تر و پایدارتر از نظر انرژی می شوند. بر این اساس، الگوی نهایی در هر نسل از آزمایش تغییر کرده، اما از نظر انرژی مشابه خواهد بود. این ویژگی به اصل آنتروپی (Entropy) وابسته است که باعث تغییر تصادفی در آرایش مولکول ها می شود.
اهمیت این کشف برای آینده
بررسی خواص الکترونی سطوح نامتناوب: تصور می شود که الکترون ها در چنین سطوحی رفتار جدید و متفاوتی در فیزیک از خود نشان می دهند.
کاربردهای بالقوه در نانوالکترونیک: طراحی سطوح مهندسی شده با ویژگی های الکتریکی خاص که در ساخت دستگاه های الکترونیکی آینده مورد استفاده قرار می گیرند.
گام بعدی؟
محققان پیشنهاد می کنند که برای بررسی عمیق تر خواص کوانتومی این ساختارها، آنها را تحت تأثیر میدان های مغناطیسی آزمایش نمایند.