Нафталоцианин поместили на очень тонкий слой изолятора (NaCl), в свою
очередь, лежащий на проводящей подложке из меди. Между подложкой
и наконечником микроскопа — остриём в миллиардные доли метра — было
приложено напряжение (комбинация переменного и постоянного). Наконечник,
подходящий к молекуле вплотную, но не касающийся её, образовал вместе
с ней конденсатор. Его параметры зависели от расположения зарядов в той
или иной точке образца. Напряжение на наконечнике заставляло его
вибрировать. И частота этой вибрации определялась не только параметрами
приложенного напряжения и механическими свойствами консоли, но
и разностью потенциалов на обкладках конденсатора, а фактически –
расположением зарядов внутри исследуемой молекулы.
Схема опыта. В каждой точке будущей картины
(позиции измерения отмечены красным) физики получали кривую зависимости
отклонения частоты вибрации консоли от величины электрического
напряжения. Точка перегиба на графике позволяла высчитать электрический
заряд в данной точке нафталоцианина. Все измерения проводились при
температуре 5 кельвинов (илюстрация Fabian Mohn et al./ Nature
Nanotechnology).
Экспериментаторы сообщают, что ранее подобным способом учёные уже
измеряли локальную разницу контактных потенциалов для широкого спектра
поверхностей, и даже выявляли состояния единичных атомов, выложенных на
подложку, но до сих пор ещё не демонстрировали KPFM-изображения целых
молекул с субмолекулярным разрешением. По информации
BBC News, таким методом учёные не только создали электрический портрет
нафталоцианина, но и пронаблюдали, как тот меняется, если
непосредственно к самой молекуле тоже приложить небольшое напряжение. В такой
ситуации внешний потенциал заставлял атомы водорода в центре X-образной
молекулы поменяться местами (явление таутомеризации), что провоцировало
перераспределение зарядов во всей молекуле. И это передвижение
электронов учёные также успешно отсняли. «Теперь возможно
исследовать на уровне молекулы, как заряд перераспределяется, когда
отдельные химические связи образуются между атомами и молекулами на
поверхности, — говорит ведущий автор работы Фабиан Мон (Fabian Mohn). —
Это важно, поскольку мы стремимся к созданию атомных и молекулярных
устройств». (Детали эксперимента можно найти в статье в Nature Nanotechnology.) Добавим, что та же самая группа физиков ранее первой засняла анатомию молекулы. Нынешнее достижение является развитием того эксперимента.
|