Химические связи в изменённой молекуле гексабензокоронена (CIQUS/IBM). Исследование удостоилось обложки журнала Science. Диаметр "кольца" на
снимке – 1,4 нанометра (иллюстрация Leo Gross, IBM Research – Zurich,
Science).
В использованном тогда атомно-силовом микроскопе химики изменили кантилевер
— сканирующий зонд, при помощи которого исследуется поверхность
образца. Исследователи выяснили, что посаженная на кончик зонда молекула
CO работает как увеличительное стекло.
Такой метод бесконтактной атомно-силовой микроскопии (noncontact atomic force microscopy)
позволяет изучать связи атомов, регистрируя изменение частоты колебаний
кончика кантилевера, вызванные присутствием электронов в молекулах.
На этот раз специалисты из Франции и Швейцарии использовали тот же инструмент для изучения фуллерена (C60) и молекулы гексабензокоронена, состоящей из 48 атомов углерода и 24 атомов водорода. Последняя по строению во многом похожа на фуллерены и хлопья графена.
Различные, но близкие по структуре
молекулы были взяты для того чтобы убедиться, что получаемые изображения
не содержат фоновых шумовых эффектов, связанных с недостатками метода.
Анализируя атомные связи молекул, учёные
заметили, что они отличаются как яркостью, так и длиной: чем более
плотные электронные облака, тем короче связь. Теперь стало ясно, что
различия в полученных изображениях демонстрируют именно различия в
свойствах связей.
"Ранее мы уже научились рассматривать межатомные связи, однако впервые нам удалось их различить", – рассказывает Лео Гросс (Leo Gross) физик из исследовательского центра IBM в Швейцарии (IBM Research).
По словам учёного, они открыли два различных способа изучения связей между атомами.
"Первоначально мы использовали знания о
небольших различиях в силе связей между атомами. Второй механизм был
открыт случайно. Наблюдая, мы заметили различные длины связей и затем,
используя расчёты, определили, что помочь нам может изменение взаимного
расположения зонда и молекулы", – объясняет Лео Гросс.
Результат получился впечатляющим: исследователям удалось рассмотреть две связи, которые отличаются всего лишь на 3 пикометра (10-12 м), то есть примерно на сотую часть диаметра атома.
Теперь специалисты, рассчитывают получить
ответ на фундаментальный вопрос химии: как связи влияют на свойства
молекулы. Кроме того, открытие поможет лучше разобраться в процессах,
происходящих на атомарном и молекулярном уровнях. Например, выяснить,
что произойдёт с остальными связями молекулы, если удалить один из
атомов (эти знания важны, в частности, для понимания дефектов в
структуре графена), как меняются связи в ходе химических реакций и при
переходе атома в возбуждённое состояние.
Более полно с исследованием можно ознакомиться, прочитав статью авторов работы,
вышедшую в журнале Science. Добавим, что в дальнейшем исследователи
планируют заменить молекулу CO на другие, чтобы попробовать улучшить
"разрешающую способность" метода.
|