Die chemische Bindung ist das zentrale Ordnungsprinzip der mikroskopischen Welt, das die atomare Strukturierung und damit die physikochemischen Eigenschaften von Quantensystemen über mehrere Längenskalen – von Biomolekülen bis zu makroskopischen Festkörpern – determiniert. Da chemische Bindungen jedoch keine direkt beobachtbaren Observablen darstellen, bleiben sie quantenmechanisch schwer fassbar. Ein Forschungsteam um Dr. Christian Schilling und Lexin Ding hat nun in Kooperation mit Eduard Matito einen neuartigen, konsistenten Definitionsrahmen entwickelt. Dieser beschreibt mathematisch chemische Bindungen auf Basis der Quanteninformationstheorie über das Konzept der Orbitalverschränkung.
Ab-initio-Modellierung komplexer Bindungsszenarien
Das neu entwickelte quantenmechanische Framework erlaubt eine rein ab-initio-basierte, einheitliche Charakterisierung unterschiedlichster Bindungsphänomene. Neben klassischen kovalenten Interaktionen nach der Lewis-Formalistik erfasst das System auch topologisch komplexere Strukturen wie Mehrzentrenbindungen, delokalisierte aromatische Systeme (z. B. Benzol) sowie transiente, hochenergetische Bindungsmuster im Verlauf chemischer Reaktionen.
Verschränkungsanalytik als zukünftiges Werkzeug
Die Forschungsarbeit etabliert eine quantitative und universelle Sprache, die eine direkte Korrelation zwischen dem Grad der Quantenverschränkung und der chemischen Bindungscharakteristik herstellt. „Künftig könnte das Konzept zu einem leistungsstarken Werkzeug für die Untersuchung komplexer molekularer Systeme, chemischer Reaktionen und unkonventioneller Bindungsmechanismen werden, bei denen herkömmliche Ansätze oft versagen“, sagt Schilling.
Quelle
Ludwig-Maximilians-Universität München (06/2026)
Publikation
Lexin Ding, Eduard Matito & Christian Schilling: Chemical bonding concepts emerge naturally from maximally entangled atomic orbitals. Nature Communications 2026
https://www.nature.com/articles/s41467-026-73527-w