News

Molekula pod mikroskopom




Vďaka špeciálnym mikroskopom sme mohli pozorovať krásu jednotlivých atómov. Môže sa to zdať zvláštne, ale zobrazenie väčších molekúl na rovnakej úrovni priblíženia nebolo možné - atómy dokážu odolať existujúcim prístrojom, molekuly sú menej robustné. Výskumníci z IBM prišli aj na spôsob zobrazenia molekúl.


Prvé zábery atómov vznikli v 70. rokoch pomocou transmisných elektrónových mikroskopov. Ich vylepšenia dosiahli priblíženie v stupňoch menších ako atóm vodíka. Kým táto technológia funguje pre atómy v mriežke alebo tenkej vrstve, bombardovanie elektrónov ničí molekulovú štruktúru.

Iné technológie využívajú malú sondu v tvare hrotu. Jedna z týchto metód, riadkovací tunelový mikroskop, ňou meria hustotu náboja spojenú s jednotlivými atómami. Mikroskopia atómových síl zasa meria príťažlivú silu medzi atómami vo vzorke a v sonde. Obraz vzniká poskakovaním sondy po atómoch molekuly, podobne ako my získame hmatom obraz o tmavej miestnosti. Obe metódy sú vhodné na vytvorenie obrazu molekúl, nedosiahli však detaily porovnateľné s transmisnými elektrónovými mikroskopmi.

Leo Gross a jeho kolegovia z IBM v Zürichu vylepšili techniku mikroskopie atómových síl a vytvorili najdetailnejší obraz pentacénu, organickej molekuly skladajúcej sa z piatich benzénových jadier.

Molekula je veľmi krehká, vedci ale dokázali zachytiť detaily uhlíkových šesťuholníkov a odhadnúť pozície okolitých atómov vodíka.

Kľúčovým objavom bolo nájdenie spôsobu akým zamedziť sonde mikroskopu prilepiť sa ku krehkej molekule pentacénu kvôli priťahovaniu elektrostatickej a van der Waalsovej sily. Van der Waalsova sila je slabá sila, ktorá vzniká na medzimolekulovej úrovni. Vedcom sa to podarilo pripevnením molekuly oxidu uhoľnatého na koniec sondy, takže do kontaktu s pentacénom prišiel len jeden atóm relatívne neaktívneho kyslíka. Hoci van der Wallsova sila pritiahla koniec sondy k cieľu, kvantovo-mechanický efekt nazývaný Pauliho vylučovací princíp spôsobil, že sa vrátila späť. Elektróny v rovnakom kvantovom stave sa totiž nemôže priblížiť príliš blízko k sebe. Pretože elektróny v molekulách pentacénu a oxidu uhoľnatého sú v rovnakom kvantovom stave, pôsobí na nich malé odporová sila.

Vedci merali odporovú silu zachytenú sondou a vytvorili silovú mapu molekuly. Úroveň dostupného detailu závisí od veľkosti sondy: čím menší je hrot, tým podrobnejší je obraz. Oscar Custance z Japonského národného inštitútu pre výskum materiálov povedal, že obraz je „udivujúci“. Jeho tím už v roku 2007 získal obrazy jednotlivých atómov kremíkového povrchu, podľa jeho slove je však objav IBM „najväčším rozlíšením, ktoré doteraz videl“.

Vedci z IBM veria, že ich technika otvorí dvere superpočítačom, ktorých súčiastky sú tvorené precízne uloženými atómami a molekulami. Práca tiež môže pomôcť ozrejmiť akcie katalyzátorov pri reakciách, čo vedcom umožní pochopiť, čo sa deje na úrovni atómov.

Zdroj: eQuark
 
Design By T!B0