Атомно-силовая микроскопия

В 2009 году компания IBM уже совершила определенный прорыв в области микроскопии поверхностей с разработкой техники бесконтактной атомно-силовой микроскопии (по-английски данный метод называется AFM ^[1] — про него можно прочитать в Википедии, главное не путать ), добившись контроля над единичными атомами в составе простых молекул. В «голубом гиганте» продолжали опыты по данной линии исследований до сегодняшнего дня и вот, наконец, появились очередные результаты работы — в рамках большой команды, объединяющей не только спецов компании, но и ученых из европейских университетов, удалось улучшить существующую методику, модифицировав ее до KPFM ^[2] — силовой микроскопии зонда Кельвина. Эта методика позволяет запечатлеть движение и распределение заряда внутри молекулы, не нарушая ее структуру.

Команда, базирующаяся в Цюрихе, состоит из исследователей Королевского химического общества (RSC ^[3]), исследователей университета Уорвика ^[4] и, конечно, ученых в составе IBM, смогла получить достаточно четкие снимки синтетической молекулы Олимпицены (Olympicene, названная так в честь пяти колец символа Олимпийских игр). Исследователи смогли получить не только снимки отдельных атомов водорода, но и манипулировать ими. Команда подготовила видео, объясняющее весь процесс целиком:

«В то время, как метод AFM-сканирования, показанный IBM в прошлом, показал способность делать „снимки“ отдельных атомов в составе молекул (и отдельно, как было показано в ролике выше — буквы IBM составленные из отдельных атомов ксенона), нынешнее исследование доказало более широкое применение технологии» — говорит исследователь из команды IBM Research Zurich Лео Гросс (Leo Gross).

Уникальность разработанной IBM AFM-методики сканирования заключается в том, что она может делать снимки атомов и молекул без необходимости собирать молекулы кристаллической формы, что было первым препятствием на пути сканирования высокой четкости. Но, что даже более важно, командой была продемонстрирована возможность AFM-сканера вызывать определенные реакции, такие как формирование грани молекулы или экстрактирование отдельного атома из состава молекулы.

Лучше всего это видно именно на примере молекулы Олимпицены, созданной, по-большому счету, специально для того чтобы продемонстрировать возможности KPFM. На фотографии в самом начале поста отчетливо видно соединительные связи между атомами внутри молекулы — особенно в том месте, где два атома водорода присоединяются к синтетической молекулы. На другом снимке видно, что это же место уже не является подсвеченным — как раз по той причине, что один из атомов водорода был «убран» из молекулы, создав то, что назвали радикалом Олимпицены.

И хотя Лео Гросс не сомневается в том, что съемка и манипуляции единственным атомом водорода, в общем-то, показывают лимиты применения методики (нет возможность оперировать в масштабе, меньшем атомарного), есть еще множество параметров «размера», которые было бы интересно исследовать: «Мы хотим вблизи посмотреть на такие вещи, как адсорбция, соединение внутри молекулы и параметры соединения, позиции, дистанции между атомами». Именно эти параметры, как правило, определяют свойства конечного вещества, синтезируемого из синтетических или измененных молекул.

Естественно, у этого исследования есть и далекоидущие перспективы, которые видят все ученые и исследователи, входящую в группу: «Мы хотим использовать новую технику для того чтобы изучить распределение и разделение заряда внутри молекулы, особенно для органических световых ячеек, где разделение заряда является ключевым моментом, а так же для молекулярной электроники — например, одно-молекульных устройств (таких, как например LED-элементы), где функциональность несет лишь один электрон. Использование совмещенных техник AFM и KPFM дает нам огромные возможности для исследования именно одно-электронных устройств».

Автор: Shapelez