Mae'r erthyglau hyn bellach wedi'u harchifo ac ni fyddant yn cael eu diweddaru mwyach
Troelli neu rolio? Y ffordd y mae moleciwlau'n cylchdroi sy'n gyfrifol am eu hymateb pan fyddant yn gwrthdaro ag arwynebau
Y labordai lle mae ymchwilwyr wedi dangos am y tro cyntaf fatrics gwasgaru a benderfynwyd drwy arbrofion, gan greu cyfleoedd newydd ar gyfer astudio a modelu'r ffordd y mae moleciwlau'n rhyngweithio ag arwynebau
Beth sy'n digwydd pan geir gwrthdrawiad rhwng moleciwl ac arwyneb? Mae ymchwilwyr ym Mhrifysgol Abertawe wedi dangos bod cyfeiriad moleciwl wrth iddo symud – p'un a yw'n troelli fel llafn hofrennydd neu'n rholio fel olwyn cert – yn bwysig wrth benderfynu'r hyn sy'n digwydd yn y gwrthdrawiad.
Mae'r ffordd y mae moleciwlau'n rhyngweithio ag arwynebau wrth wraidd llawer o feysydd ymchwil a defnyddiau: gwrteithiau planhigion a chemegion, catalyddion diwydiannol, adweithiau cemegol atmosfferig ar ronynnau llwch ac iâ, a hyd yn oed – yn y gofod – y prosesau sy'n esgor ar seren.
Un o'r cwestiynau allweddol ym maes gwyddoniaeth arwynebau yw a fydd moleciwl, wrth wrthdaro ag arwyneb, yn gwasgaru yn ôl i'r wedd nwy, yn arsugno ar yr arwyneb, neu'n adweithio ac yn torri'n ddarnau.
Un briodoledd foleciwlaidd a all newid canlyniad y gwrthdrawiad yw cyfeiriad cylchdro'r moleciwl. Fodd bynnag, prin iawn y mae'r ddealltwriaeth bresennol o'r berthynas hon ac fel arfer mae'n amhosib rheoli na mesur cyfeiriad moleciwl sy'n cylchdroi.
Mae ymchwil y tîm yn Abertawe'n berthnasol yn hyn o beth. Mae aelodau'r tîm, dan arweiniad yr Athro Gil Alexandrowicz o adran cemeg Prifysgol Abertawe, wedi datblygu math newydd o arbrawf a roddodd gyfle iddynt asesu dau beth: y ffordd y mae cyfeiriad cylchdro'r moleciwl, ychydig cyn y gwrthdrawiad, yn newid cyfrifiadau tebygolrwydd y gwasgariad; ac yna'r ffordd y mae'r gwrthdrawiad, yn ei dro, yn newid cyfeiriad y moleciwlau sy'n cael eu taflu yn ôl i'r wedd nwy.
Defnyddiodd yr arbrofion a wnaed gan Yosef Alkoby, myfyriwr PhD yn y grŵp, feysydd magnetig i reoli cyflyrau cwantwm cylchdro moleciwlau hydrogen cyn iddynt wrthdaro ag arwyneb grisial halen ac ar ôl hynny.
Defnyddiwyd efelychiad cwantwm-mecanyddol, a ddatblygwyd gan Dr Helen Chadwick, i gyfrifo'r matrics gwasgaru o ganlyniad i’r mesuriad. Dyma ddisgrifydd manwl sy'n datgelu'n union sut mae cyfeiriad cylchdro'n effeithio ar y gwrthdrawiad a sut mae'r gwrthdrawiad yn newid y ffordd y mae'r moleciwlau'n cylchdroi.
Hyd yn hyn, dim ond drwy gyfrifiadau damcaniaethol y gellid amcangyfrif matricsau gwasgaru. Yn eu papur newydd, mae aelodau'r tîm yn Abertawe wedi dangos am y tro cyntaf fatrics gwasgaru a benderfynwyd drwy arbrofion, gan agor cyfleoedd newydd ar gyfer astudio a modelu'r ffordd y mae moleciwlau ac arwynebau'n rhyngweithio.
Roedd y casgliadau allweddol fel a ganlyn:
• Mae'r posibiliadau i foleciwlau hydrogen ryngweithio â fflworid lithiwm ar arwyneb yn dibynnu i raddau helaeth ar gyfeiriad cylchdro'r moleciwlau hydrogen.
• Mae'r matrics gwasgaru sy’n deillio o’r arbrofion yn cadarnhau y gall gwrthdrawiadau rhwng hydrogen a fflworid lithiwm newid cyfeiriad cylchdro'r moleciwl, ac yn darparu'r wybodaeth angenrheidiol i ddefnyddio'r arwyneb halen syml hwn i gyfeirio moleciwlau hydrogen ar ddull cylchdro.
• Mae'r matrics gwasgaru sy’n deillio o’r arbrofion yn darparu meincnod hynod gaeth a fydd yn llywio'r broses o ddatblygu modelau damcaniaethol cywir.
Meddai'r Athro Gil Alexandrowicz, y prif ymchwilydd, o Goleg Gwyddoniaeth Prifysgol Abertawe:
“Mae ein hymchwil yn dangos math newydd o arbrawf ar gyfer gwrthdrawiadau rhwng moleciwlau ac arwynebau. Gwnaethom archwilio cyfeiriad moleciwl yn ei gyflwr isaf wrth iddo gylchdroi ar y ffordd i arwyneb a sut mae hyn yn newid y gwrthdrawiad.
“Mae'r gallu i fodelu canlyniad gwrthdrawiad rhwng moleciwl ac arwyneb yn rhoi dirnadaeth werthfawr ar gyfer sawl maes astudiaeth. Eto, mae'r broses o fodelu gwrthdrawiad y moleciwl symlaf, H2, ag arwyneb metel yn dal i fod yn heriol iawn.
“At ddibenion datblygu modelau cywir, mae canlyniadau arbrofion gwyddoniaeth arwynebau sylfaenol yn hanfodol er mwyn rhoi meincnodau ar gyfer disgrifiadau damcaniaethol.
“Mae ein canlyniadau'n cynnig meincnod newydd ac arbennig o sensitif ar gyfer datblygu theori, gan fod y gallu i gyfrifo'r gwrthdrawiad ac atgynhyrchu'r matrics gwasgaru a benderfynwyd drwy arbrofion, a hynny'n llwyddiannus, yn dibynnu ar fodel arbennig o gywir ar gyfer y ffordd y mae moleciwlau'n rhyngweithio ag arwynebau.”
Cyhoeddwyd y gwaith ymchwil yn Nature Communications.