В микроскоп STM IBM видно межатомные связи в молекуле

Ученые стремятся «видеть» и манипулировать атомами и молекулами, чтобы расширить человеческие знания и расширить производственные мощности до нанометрового режима. IBM является пионером в области нанонауки и нанотехнологий, так как развитие сканирующего туннельного микроскопа в 1981 году IBM Fellows (Герд Бинниг и Генрих Рорер) в IBM Research - Zurich.

За это изобретение, которое позволило видеть изображение отдельных атомов и, позднее, манипуляции с ними, Бинниг и Рорер были удостоены Нобелевской премии по физике в 1986 году. AFM, потом STM, был изобретен Бинниг в 1986 году. STM широко рассматривается как инструмент, который открыл дверь в наномир.

Атомно-силовая микроскопия помогает ученым раскрыть порядок связей и длины связей в молекулах, методика быть может применена для исследования будущих устройств, сделанных из графена.

На изображениях удается различить отдельные атомы углерода в шарообразной молекуле C60. В 2009 году аккурат эта группа ученых IBM впервой получила фотографию отдельной молекулы: вот этот исторический фото молекулы пентацена из 5 бензольных колец.

Фото была изготовлена при температуре 5 K в сверхвысоком вакууме. Сейчас ученые значительно прирастили позволение АСМ, хотя работает он на прежнем принципе. Голубые и зеленоватые цвета на фото это условность.

Так высочайшая разрешающая способность микроскопа открывает удивительные перспективы: мы можем своими очами углядеть, как происходят хим реакции на молекулярном уровне, а еще лучше изучить структуру материалов с неповторимыми качествами, таковых как графен.

На теоретическом уровне было понятно, что атомы углерода в графене и остальных веществах находятся на разном расстоянии друг от друга и различаются силой связей: ежели в том же графене они мощные, то в молекулах, а именно, ароматических углеводородов связи еще слабее, хотя атомная сетка там похожей гексагональной формы. Сейчас мы можем своими очами увидать эту разницу.

Отдельных связей между атомами углерода в таких молекул отличаются тонко в их длины и силы. Все важные химические, электронные и оптические свойства таких молекул, которые связаны с различиями облигаций в полиароматических систем. Теперь, впервые, эти различия были обнаружены как для отдельных молекул и облигаций. Это может увеличить базовые знания на уровне отдельных молекул, важных для исследования новых электронных устройств, органических солнечных элементов и органических светоизлучающих диодов (OLED). В частности, ослабление связи вокруг дефектов в графене, а также изменение связей в химических реакциях и в возбужденном состоянии потенциально могут быть изучены.

Как и в собственных наиболее ранешних исследованиях (2009 Science, 325, 1110) IBM ученые употребляли атомно-силовой микроскоп (АСМ) с наконечником, который завершается с одним монооксида углерода (CO) молекулы. Этот совет колеблется с маленький амплитудой над прототипом для измерения сил меж зондом и прототипом, такие как молекулы, для сотворения вида. CO прекращении кончик выступает в качестве массивного увеличительного стекла, чтоб раскрыть атомную структуру молекулы, в том числе облигации. Это позволило выделить отдельные облигации, которые различаются лишь на 3 пм либо 3 в минус 10-12степени метров, что составляет около одной сотой поперечника атома.

В прошлых исследованиях команде удалось изображение хим структуры молекулы, но не тонкие различия облигаций. Дискриминация того облигаций близка к текущей предел разрешения технику и остальные эффекты нередко затемняют отличие соединено с связью порядка. Потому ученым пришлось выделить и синтезировать молекулы, в каких возмущающие эффекты фона быть может исключена.

Для доказательства приобретенных экспериментальных данных и получить предстоящее осознание четкой природы контраста устройств, команда выступила из первых принципов способом функционала плотности теории. Таковым образом, они рассчитаны наклона молекулы СО на кончик зонда, который происходит во время съемки. Они нашли, как это наклона приводит к повышению и чрезвычайно точные изображения облигаций.