Александр Спирин
Туннельный эффект. Показан кривыми разного цвета (красная – меньшей выраженности и голубая – большей)
Известно, что помимо «Математических начал натуральной философии» («Principia») Исаак Ньютон поразил коллег и современников построенным им телескопом. Собственно, за создание и демонстрацию этого научного прибора Ньютона и приняли в Лондонское королевское общество (отдаленный аналог Академии наук). Ярым противником автора теории всемирного тяготения в Королевском обществе был Роберт Гук, считающийся создателем первого оптического микроскопа в современном смысле этого слова.
В XIX веке были созданы артиллерийские прицелы, что способствовало усовершенствованию микроскопа, который и поныне широко используется учеными, хотя их и не удовлетворяет его малое разрешение, ограничиваемое длиной волны света.
В тысячи раз меньшую волну имеет электрон, что позволило создать микроскоп электронный. Но площадь его поля зрения настолько мала, что мельчайшие вибрации пола в зданиях усложняют работу с прибором. Со временем появление быстродействующих компьютеров позволило гасить даже мельчайшие колебания предметного столика электронного микроскопа. Это привело к созданию сканирующего туннельного микроскопа (СТМ).
|
|
Перемещение молекулы порфицена на большое расстояние по серебряной подложке. Иллюстрации Physorg |
Особенно благодарной в этом отношении стала молекула порфицена (Porphycene), название которой указывает на ее «порфироносный» цвет и наличие ненасыщенных двойных связей. Они облегчают манипулирование молекулой, помещенной на металлической поверхности, например медной, с помощью СТМ-типа. Еще в 2016 году с помощью порфицена был создан мономолекулярный переключатель. Затем успех был повторен при температуре всего 5 К (–268 оС).
В журнале Science опубликована совместная статья исследователей из Университета австрийского Граца и лаборатории в г. Оук-Ридже (США), в которой описано контролируемое перемещение отдельных молекул на длинные расстояния. Свою статью авторы начали словами о том, что СТМ уже давно используется для манипуляций с атомами и небольшими молекулами. Они же использовали изменение вольтажа на кончике СТМ-стиля для перемещения на длинную дистанцию большой органической молекулы порфицена. Это можно считать большим достижением, которое открывает путь для высокоточных экспериментов с твердыми телами.
Мы уже привыкли к выражению «нанотехнологии». Но в Граце и Оук-Ридже получили пространственную точность манипуляции с молекулой на серебряной подложке 0,1 ангстрема (10–10 м)! Теперь физики могут проводить быстрые и точные опыты по измерению рассеяния (диссипации) энергии одиночными молекулами в режиме реального времени. Это очень важно при изучении квантово-химических процессов диффузии и столкновений молекул, а также многих других процессов.
Кроме того, это очень важно для быстрого дизайна эффективных лекарств, действие которых определяется проникновением одиночных молекул в полость активных центров различных ферментов. Не будем забывать, что чем эффективнее молекула лекарства, тем меньше она оказывает токсичное действие на печень и почки, а также на костный мозг. Последний, как известно, является органом кроветворения, в котором вырабатываются лимфоциты, призванные бороться с вирусами и микроорганизмами. n
Константин Ремчуков 
комментарии(0)