Южноамериканские химики смогли проследить за молекулярной реакцией в атомных структурах с помощью фото, изготовленных чрезвычайно массивным микроскопом.

Феликс Фишер (Felix Fischer), химик из Государственной лаборатории имени Лоуренса в Беркли (Lawrence Berkeley National Laboratory), изучал наноструктуры углеродного материала графена. Он, как понятно, по строению похож на сотовый мёд (в вершине каждого шестиугольника размещен атом углерода).

Фишер и его коллеги научились создавать чрезвычайно четкие изображения отдельных атомов углерода и межатомных связей. «Мы не рассчитывали получить такие фото, просто желали изучить подробнее молекулярные реакции. Но, чтоб разглядеть, что происходить на атомном уровне, нам приходилось применять очень чувствительный атомно-силовой микроскоп», - ведает Фишер.

Исследователи молвят, что фото вышли поразительными. Они даже не ждали узреть на «снимках» результаты хим реакций, а зрительное доказательство стало для учёных реальным сюрпризом. «До нас ещё никому не удавалось получить такие четкие изображения отдельных молекул и их структур до и сходу опосля реакции», - говорит Фишер.

Из графеновых наноструктур можно создавать транзисторы, логические вентили и остальные главные элементы современной электроники. Но, для того чтоб этот материал находил практическое применение, нужно создавать графен с безупречной структурой - до 1-го атома. Самый распространённый метод его получения на нынешний день состоит в механическом отшелушивании слоёв графита, что, конечно, не подступает для предстоящего практического внедрения материала.

Фишер и его коллеги предложили иной способ. Они делали графеновые наноструктуры послойно, конвертируя линейные цепочки из атомов углерода в шестиугольные соты, полициклические ароматические углеводороды. Для этого они употребляли реакцию, вначале открытую их сотрудником по исследовательскому центру Робертом Бергманом (Robert Bergman). Сначала нужно было сделать контролируемую реакцию.

«Более дюжины компонентов раствора были бы продуктами реакции, потому получить четкий итог было непросто. Потому мы взяли молекулу со олиго-ендииновой структурой, представляющей собой три бензольных кольца, соединённые атомами углерода, и расположили её на серебряную поверхность. Реакцию мы спровоцировали, увеличив температуру», - говорит Фишер.

Команда Фишера работала вкупе с профессионалом по микроскопии Майклом Кромми (Michael Crommie) из Беркли. Он посодействовал сделать лучше качество изображений. Вначале, чтоб проследить за молекулярными реакциями, исследователи употребляли сканирующий туннельный микроскоп, чувствительный к изменению электронных состояний на поверхности в несколько нанометров. Но и данной технологии было недостаточно: разрешение рисунки не дозволяло рассмотреть структуры в молекуле, площадь которой составляла всего один квадратный нанометр.

Потом учёные обратились к технологии, которая именуется бесконтактная атомно-силовая микроскопия. Таковой микроскоп «прощупывает» поверхность при помощи острой иглы. Игла двигается по поверхности исследуемого объекта, подобно тому, как игла фонографа проходит по желобкам пластинки.

«Продвигая иглу вперёд и назад, мы ощущаем, где на серебряной поверхности есть выступы и впадинки, образованные атомом. Это чрезвычайно припоминает чтение книжек для слепых», - разъясняет Фишер.

Иголка атомно-силового микроскопа может ощутить не только лишь атом, да и межатомные связи, образованные в процессе взаимного обмена электронами. Можно различить одинарные, двойные и тройные межатомные связи. Учёные пишут в пресс-релизе, что приобретенная картина вправду чрезвычайно похожа на картинки из школьного учебника химии.

Структура межатомных соединений не так проста, как может показаться. Существует дюжина вероятных сценариев, и первичная молекулярная реакция прошла совершенно не так, как ждал Фишер и его коллеги. В итоге реакции возникли две различные молекулы. Благодаря тому, что они находились на плоской серебряной поверхности, за сиим несложно было проследить, но эта же самая поверхность спровоцировала формирование необыкновенной структуры.

Добавим, что исследование устройств, лежащих в базе хим реакций, с помощью схожей методики поможет в дальнейшем сделать главные элементы новой электроники, которые будут различаться высочайшим качеством и прочностью.

Результаты работы Фишера и его команды описаны в статье, размещенной в журнальчике Science.