Физики впервые увидели танцы электронов в молекуле

Кончик (зонд) силового микроскопа не касается поверхности молекулы, а находится на некотором расстоянии от него. Частота сдвига консоли записывается компьютером, которые затем рисует "фотографию" молекулы (иллюстрации Nature).

b,c - распределение зарядов в молекуле нафталоцианина до и после перескока атомов водорода (d, e √ расчёт). Все масштабные линейки √ 0,5 нанометра. Атомы углерода, водорода и азота отмечены серыми, белыми и голубыми кружками (иллюстрация Nature).

Молекулу расположили на непроводящей подложке из NaCl, которая в свою очередь была выращена на кристалле меди. Масштабные линейки 2 нм (a) и 0,5 нм (b-h). Атомы углерода, водорода и азота отмечены серыми, белыми и голубыми кружками (иллюстрации Nature).

Впервые учёным удалось сфотографировать "танцы электронов" внутри молекулы. Разглядеть "объекты" на микроуровне исследователям помогла комбинация нескольких методов съёмки, пишет BBC News.

Революционный прорыв совершили специалисты швейцарского исследовательского подразделения IBM (IBM Research Zurich), которые ранее создали самое маленькое в мире запоминающее устройство и лучший транзистор из нанотрубки.

Заряды отдельных атомов учёные разглядели давно, однако запечатлеть "танцы" электронов в сложной молекуле не представлялось возможным. Чтобы исследовать микромир, учёные использовали сканирующую микроскопию поверхностного потенциала (KPFM).

Это одна из разновидностей атомно-силовой микроскопии, которая позволила впервые увидеть "анатомию" молекулы в 2009 году.

В первом эксперименте миниатюрный зонд (консоль) проходил по поверхности X-образной молекулы нафталоцианина. (Она используется инженерами IBM как одномолекулярный логический вентиль.) Прилагаемое напряжение заставляло рычаг, натыкающийся на заряды, колебаться. Считывая эти параметры, учёные узнали местоположение электронов в молекуле.

Во втором эксперименте напряжение, приложенное непосредственно к молекуле, заставило два центральных атома водорода молекулы поменяться местами (из одного конца X в противоположный). Инженеры зафиксировали и это перемещение.

Исследователи надеются, что новая технология поможет разобраться в переносах зарядов, происходящих практически во всех природных процессах. Все детали исследования рассказывает статья, появившаяся в открытом доступе в журнале Nature Nanotechnology.

"Теперь мы имеем возможность исследовать распределение зарядов на уровне отдельных молекул, например, когда формируются химические связи. Это очень важно, так как мы создаём устройства атомного и молекулярного уровня", — рассказывает ведущий автор исследования Фабиан Мон (Fabian Mohn).