Tai galbūt atrodo tarsi bičių korio dalelė, tačiau iš tiesų tai yra pirmasis istorijoje pavienės molekulės vaizdas.
Nuotraukai padaryti IBM mokslininkai panaudojo atominės jėgos mikroskopą (AFM), kurio pajėgumo pakako net molekulėje esantiems cheminiams ryšiams vizualiai užfiksuoti.
"Tai pirmas kartas, kai pavyko nufotografuoti visus vienoje molekulėje esančius atomus", sako tyrimui vadovavęs Leo Gross'as. Mokslininkai mikroskopą sufokusavo ties viena pentaceno molekule - ši medžiaga paprastai naudojama fotogalvaniniams elementams gaminti. Stačiakampio formos molekulė sudaryta iš 22 anglies ir 14 vandenilio atomų.
Pentaceno molekulės struktūrą pavyko įžvelgti naudojant atominės jėgos mikroskopą
Pirmoje nuotraukoje aiškiai matomi penkių anglies žiedų šešiakampiai ir netgi galima išskirti aplink anglies žiedus išsidėsčiusių vandenilio atomų buvimo vietas. Tam, kad būtų paprasčiau įsivaizduoti, atstumas tarp anglies žiedų yra tik 0,14 nanometro, o tai yra maždaug milijoną kartų mažiau lyginant su smėlio kruopelytės skersmeniu.
Mokyklinis modelis: šioje nuotraukoje parodytas kompiuteriu sugeneruotas modelis, vaizduojanis molekulę kaip "pagaliukų ir rutuliukų" junginį
"Jei įsivaizduotumėte, kaip gydytojai naudoja Rentgeno aparatus kaulams ir organams žmogaus kūno viduje pamatyti, lygiai taip ir mes naudojame atominės jėgos mikroskopą atominėms struktūroms pamatyti. Šios struktūros yra pavienių molekulių griaučiai", pasakoja IBM mokslininkas Gerhard'as Meyer'is. "IBM Research Zurich" mokslininkai teigia, jog rezultatai gali turėti didelės reikšmės nanotechnologijų plėtrai, kadangi bus galima tiksliau suprasti, kaip sudaryti ir kaip veikia vieni mažiausių mūsų pasaulio objektų.
Atominės jėgos mikroskopas naudoja smailą metalinį zondą, kuriuo matuojamos mažytės jėgos, susidarančios tarp jo viršūnės ir molekulės. Tokiems matavimams reikalingas didelis tikslumas, kadangi zondo viršūnės poslinkis turi būti atliekamas nanometrų eilės žingsniais. "Virš pentaceno molekulės skeleto išmatuojama kitokia jėga, nei virš to paviršiaus, ant kurio padėta ši molekulė", aiškina Gross'as. Šis pokytis išmatuojamas ir paverčiamas į grafinį vaizdą.
Siekdami apsisaugoti nuo to, kad zondas neabsorbuotų pentaceno molekulės, mokslininkai metalą pakeitė viena anglies monoksido molekule. Taip padidintas aparato stabilumas ir sumažintos pentacene indukuojamos elektrostatinės traukos jėgos. Taip gautas didesnės raiškos vaizdas.
Trimatis paveikslas, rodantis, kaip viena anglies monoksido molekulė buvo panaudota kaip atominės jėgos mikroskopo zondas
Eksperimentas buvo atliekamas gilaus vakuumo aplinkoje, esant -268 laipsnių pagal Celsijaus skalę temperatūrai. Taip siekta išvengti neigiamo klaidžiojančių molekulių ir atominių vibracijų poveikio matavimams. "Ateityje mes norėsime savo tyrimus pritaikyti kuriant molekulinę elektroniką, ir tyrimams atlikti panaudosime pačias molekules", sako Gross'as. "Molekules mes naudosime kaip jungiamuosius laidus ar netgi kaip pavienius loginius elementus", priduria specialistas.
IBM mokslininkai Nikolaj'us Moll'as, Reto Schlittler'is, Gerhard'as Meyer'is, Fabian'as Mohn'as ir Leo Gross'as pozuoja šalia atominės jėgos mikroskopo. ©Michael Lowry Image courtesy of IBM Research - Zurich
