Naučnici koriste specijalnu verziju metode mikroskopije atomskih sila (MAS) pri niskim temperaturama i u vakuumu da otkriju (i prikažu) raspored naelektrisanja unutar pojedinačnog molekula.
Poslednjih dana februara ove godine (27. 2. 2012.) istraživački tim kompanije IBM (Cirih, Švajcarska) je objavio rezultate merenja naelektrisanja i njihove distribucije u okviru jednog molekula. Vest predstavlja značajan napredak u oblasti mikroskopije. Isto važi i za samu nauku.
Najkraće rečeno, zbog ovog otkrića, možemo videti i bolje razumeti kako nastaju i funkcionišu pojedinačne veze unutar molekula. Samo istraživanje pomera granice i mogućnosti u raznim naučnim i inženjerskim oblastima, kao što su: skladištenje energije, konverzija sunčeve energije i projektovanje kompjuterskih uređaja veličine molekula.
Naučnici Fabian Mon, Leo Gros, Nikolaj Mol i Gerhard Majer (Fabian Mohn, Leo Gross, Nikolaj Moll i Gerhard Meyer) su objavili svoje istraživanje u žurnalu Nature Nanotechnology.
„Ovaj rad prikazuje novu, važnu mogućnost da se direktno izmeri kako se naelektrisanja raspoređuju unutar pojedinačnog molekula“, tvrdi Mikael Kromi (Michael Crommie), profesor na odseku za fiziku pri univerzitetu u Kaliforniji u Berkliju. „Ako smo u stanju da razumemo kako se naelektrisanja raspoređuju po molekulu to, onda, predstavlja osnovno znanje u našem boljem razumevanju ponašanja molekula u različitim okruženjima. Očekujem da će ovo otkriće doneti znatna unapređenja u naučnim oblastima gde se preklapaju fizika, hemija i biologija“.
Nova tehnologija nam pruža komplementarne informacije o molekulima, i na nama je da izaberemo šta želimo prikazati. Ona najviše podseća na vrlo slične medicinske tehnike kao što je X-zračenje, ultra zvuk ili MRI (magnetna rezonanca), koje su u stanju da daju različite informacije o zdravstvenom stanju i anatomiji pacijenta.
Rad se može iskoristiti (kao osnova) za dalje proučavanje prenosa naelektrisanja, sa molekula na molekul.
„Ova tehnika nam omogućava još jedan način da dođemo do informacija koje će nam još više pomoći da bolje razumemo fizičke pojave koje se dešavaju na nivou 1 nano metra i manje. Ovakvo znanje je suštinsko, ako želimo, u budućnosti, da napravimo uređaje veličine molekula ili atoma.“ objašnjava Fabian Mon, istraživač pri laboratoriji za nano fiziku u sklopu kompanije IBM.
Pogled izbliza
Da bi izmerili distribuciju naelektrisanja, istraživači IBM-a su iskoristili noviju verziju MAS metode nazvanu KPFM (Kelvin probe force microscopy). Reč probe u prethodnoj rečenici se odnosi na pojam probne sonde, koja se koristi u metodi.
Kada se pomenuta probna sonda stavi iznad provodnog uzorka, stvara se električno polje zbog razlike u električnim potencijalima na vrhu same sonde i samog materijala. Sa KPFM metodom, nastala razlika u potencijalima se može meriti tako što se iskoristi struja određene voltaže koja će kompenzovati (neutralisati) nastao potencijal. Na taj način, metoda ne meri direktno naelektrisanje molekula, nego meri električno polje nastalo zahvaljujući tom naelektrisanju. Nastalo polje je jače nad delovima molekulima koja su naelektrisani, što merni uređaj pokazuje kao jači signal. Sem toga, suprotno naelektrisanje (suprotan znak) pokazuje drugačiji kontrast, što ukazuje kakvog je naboja polje – pozitivnog ili negativnog. Tako se pojavljuju tamna i svetla područja na mirkografu.
Prostorni raspored molekula naftalocijanina
Naftalocijanin (C48H26N8), organski molekul prostornog rasporeda poput krsta, koji u IBM-u koriste kao najmanji logički prekidač, se pokazao kao idealni kandidat za istraživanje. On se sastoji od dva vodonikova atoma smeštena u sredinu molekula, a ostatak čine atomi azota i Benzenovi prsteni. Ukupna veličina molekula je 2 nano metra. Dva centralna atoma vodonika mogu kontrolisano menjati svoje dve, različite konfiguracije (prostorni rasporedi). To se postiže pomoću određenog naponska impulsa. Promena mesta vodonikovih atoma utiče na promenu rasporeda naelektrisanja u samom molekulu.
Koristeći KPFM metodu, naučnici su uspeli da snime različite rasporede naelektrisanja za obe konfiguracije. Eksperiment i samo merenje je trajalo nekoliko dana i da bi se postiglapod atomska rezolucija slike, bilo je neophodno da se obezbede određeni toplotni i mehanički uslovi. Kada se ovo kaže, najviše se insistira na stabilnosti uslova, da su praktično nepromenjeni tokom sprovođenja merenja. Sem toga, od uređaja koji su merili, zahtevana je preciznost na nivou jednog atoma.
Sem toga, eksperiment je poboljšan dodavanjem jednog molekula ugljen monoksida (CO) na sam vrh probne sonde. Time je poboljšana rezolucija dobijene slike. Još 2009. godine isti tim istraživača je pokazao da je karbonizovanjem sode moguće prikazati hemijske strukture primenom standardne MAS metode. Teoriju, koja je omogućila pomenuti eksperimentalni rezultat su razvili članovi istraživačkog tima Fabian Mon i Nikolaj Mol.
izvor: nauka.rs
javniservis.me 
Komentariši