Mikroskop i obserwacja ładunków elektrycznych cząsteczki

Szwajcarscy naukowcy zobrazowali rozkład ładunków elektrycznych w cząsteczce chemicznej. Badania te pomogą w opracowaniu urządzeń elektronicznych opartych na cząsteczkach organicznych.

Fabian Mohn wraz ze współpracownikami z IBM Research-Zurich w Szwajcarii stosują w swoich pracach badawczych mikroskop sił atomowych AFM do badania ładunków pojedynczych atomów w cząsteczce oraz skaningowego mikroskopu tunelowego (STM) dla zobrazowania orbitali cząsteczkowych. Dodatkowo ostatnio za pomocą mikroskopu skanującej sondy Kelvina (KSPM) zobrazowali rozkład ładunków elektrycznych w cząsteczce organicznej – naftalenocyjaninie. Dzięki temu otrzymano obraz dodatnio i ujemnie naładowanych „ramion” cząsteczki w kształcie litery X i skonfrontowano je z obliczeniami teoretycznymi rozkładu ładunków.

Kluczowym elementem mikroskopu są bardzo małe „widełki” umieszczone na końcu sondy, oscylujące z ustawioną szybkością. Częstotliwość tych oscylacji zmienia się, gdy sonda zbliża się do cząsteczki i zaczynają działać siły pomiędzy nimi. W podobny sposób działa pomiar w mikroskopie AFM, jednak tutaj pomiaru dokonuje się w funkcji napięcia. Naukowcy podczas pomiaru obserwują kiedy napięcie elektryczne spada przy danych punktach cząsteczki, tworząc w ten sposób obraz rozkładu ładunków elektrycznych.

Do badań wybrano naftalenocyjaninę ze względu na jej zdolność do przemian pomiędzy 2 tautomerami pod wpływem napięcia elektrycznego. Dzieje się tak ponieważ elektrony przemieszczają się z jednego ramienia cząsteczki w kształcie X na drugie. Możliwość zmiany kształtu cząsteczki pod wpływem napięcia daje szanse na opracowanie układów elektronicznych w których główną rolę grałyby cząsteczki organiczne.

W kolejnych badaniach naukowcy z Zurichu chcą zbadać rozkład ładunków elektrycznych podczas tworzenia się wiązań kowalencyjnych pomiędzy dwoma cząsteczkami.

(pj)