Молекула нанографена, атомы углерода в которой объединены связями разной длины и кратности.
Изображение получено учеными
IBM Research Zurich
ГРАФЕН РАЗГЛЯДЕЛИ ИЗНУТРИ
Ученые всегда стремились «увидеть» и научиться управлять атомами и молекулами. И вот исследователям из корпорации IBM впервые удалось различить химические связи в отдельных молекулах с помощью методики, известной как бесконтактная атомно-силовая микроскопия (Atomic Force Microscopy, AFM). Как пояснил сотрудник Центра нанотехнологий имени Биннига и Рорера, организованного год назад на территории научного центра IBM Research в Цюрихе, Лео Гросс, ученым удалось обнаружить два механизма, позволяющих различать силы межатомных связей в молекулах. Первый основан на нахождении небольших различий в измеряемых силах химических связей. Второй механизм стал неожиданностью: на изображениях, полученных с помощью AFM, появились связи разной длины.
Ученые IBM использовали атомно-силовой микроскоп со щупом, к сверхтонкому кончику иглы которого была «привязана» одна молекула монооксида углерода (CO). Это позволило отличить на изображении отдельные связи, длина которых различается всего на 0,03 ангстрема, или 3 пикометра (3х10–12 м). В итоге были получены изображения кратности и длин углерод-углеродных связей в молекуле C60, также известной как фуллерен или бакиболл (углеродная структура, содержащая 60 атомов углерода и по форме напоминающая футбольный мяч), и в двух плоских молекулах полициклических ароматических углеводородов, напоминающих небольшие хлопья графена. Все важные химические, электронные и оптические свойства этих молекул зависят как раз от различий межатомных связей в таких системах. Теперь впервые эти различия были обнаружены как для отдельных молекул, так и для отдельных связей. Это достижение важно для исследования новых электронных устройств, органических элементов солнечных батарей и органических светоизлучающих диодов (OLED). В предыдущих исследованиях группе ученых удалось получить изображения химической структуры отдельной молекулы, но не тончайшие различия ее межатомных связей.
Для подтверждения полученных экспериментальных данных и более глубокого понимания природы механизмов контраста группа ученых провела ряд теоретических расчетов с использованием квантовомеханической теории функционала электронной плотности. Ученые рассчитали параметры взаимодействия между осциллирующей иглой щупа (с молекулой CO) и молекулой образца, происходящего при формировании изображения в AFM-микроскопе. В результате исследователи поняли, как параметры этого взаимодействия (в частности, частота колебаний наконечника) влияют на яркость и четкость элементов «мозаики» межатомных связей на изображениях, и пришли к выводу, что яркость связей на изображениях является характеристикой их кратности.
По информации пресс-службы IBM в России и СНГ
Юрий Паниев 
