Новости химической науки > Наблюдение за распределением зарядов в молекуле

Исследователи из Швейцарии впервые с помощью экспериментов смогли визуализировать распределение зарядов отдельной молекуле. Предполагается, что результаты работы могут привести к разработке электронных устройств, состоящих из отдельных молекул.

Группа Фабиана Мона (Fabian Mohn) известна своими исследованиями в области электронной и атомной микроскопии. До настоящего времени исследователи использовали атомную силовую микроскопию для изучения положения отдельных атомов в молекуле и измерения зарядов, локализованных на отдельных атомов, попутно применяя сканирующую туннельную микроскопию для наблюдения за молекулярными орбиталями. Новое исследование посвящено применению нового типа методов с высоким разрешением – сканирующего зонда Кельвина [Kelvin scanning probe microscopy (KSPM)] для изучения распределения зарядов в отдельной органической молекуле – нафталоцианине.

Распределение положительного и отрицательных зарядов, определенное с помощью Метода Зонда Кельвина и рассчитанное теоретически. (Рисунок из Nat. Nanotechnol., 2012, DOI: 10.1038/nnano.2012.20)

Метод Зонда Кельвина был предложен для измерения контактной разности потенциалов между зондом и образцом. Применяемый в настоящее время Метод Зонда Кельвина основывается на двухпроходной методике. В первом проходе определяется рельеф поверхности образца с использованием Прерывисто-контактного метода (колебания кантилевера возбуждаются механически). На втором проходе этот рельеф отслеживается при прохождении над образцом на некоторой высоте для определения поверхностного электрического потенциала. По сути дела, Метод Зонда Кельвина является модификацией метода атомно-силовой микроскопии. В новых экспериментах Мона объектом исследования была молекула нафталоцианина, для которой измеряли напряжение между ней зондом микроскопа. Изменение напряжения позволяет определить напряженность электромагнитного поля на разных участках молекулы, что, в конце концов, позволяло определить распространение зарядов в молекуле.

Крестообразная молекула нафталоцианина была выбрана в качестве модели, так как при приложении к ней напряжения она моет переходить из одной таутомерной формы в другую, при этом происходит перенос электронов с одной «перекладины креста» на другую. Это обстоятельство позволяло исследователям наблюдать перераспределение зарядов в молекуле.

Эксперт по атомно-силовой микроскопии из Университета Регенсбурга, Франц Гайссибль (Franz Giessibl), отмечает, что исследователи из Швейцарии разработали уникальный зонд, позволивший отследить локальные флуктуации электронной плотности в молекуле. Он говорит, что работа швейцарских ученых представляет собой важный этап в движении по направлению к разработке органической электроники.

Источник: Nat. Nanotechnol., 2012, DOI: 10.1038/nnano.2012.20

метки статьи: #аналитическая химия, #квантовая химия, #молекулярная электроника, #природа химической связи, #физическая химия