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原子力显微镜技术揭示分子化学键的微妙差异

2024-02-29科学

简介:

过去十年来,原子水平成像技术取得了长足的进步,使科学家能够直观地描绘单个分子中化学键的差异。苏黎世 IBM 研究中心的一组研究人员利用非接触式原子力显微镜(AFM)技术,成功地观察到纳米石墨烯分子或C60中各个原子之间的详细化学键。

探索原子键的微妙之处:

通过非接触式原子力显微镜(AFM)技术,科学家们能够观察到单个分子中不同类型化学键的微妙差异。在图像中,人们可以清晰地看到化学键之间的亮点和暗点,这对应于较高和较低的电子密度。通过观察纳米石墨烯分子的图像,研究人员发现某些CC化学键比其他化学键更加突出,这是由于单个原子之间的键在长度和强度上略有不同。

Leo Gross 博士表示:「现在我们第一次能够在视觉上区分不同类型的化学键,这真的很令人兴奋。」这项研究的成果标志着科学家们对原子水平成像技术的进一步突破。

技术背后的奥秘:

为了创建这些图像,IBM 研究人员利用原子力显微镜,其尖端末端附有一个一氧化碳分子。通过测量尖端和样品之间的振荡,AFM技术可以慢慢地建立非常详细的分子图像。这种技术使得区分仅相差三皮米的单个键成为可能。

Leo Gross 博士解释道:「我们发现了两种不同的对比机制来区分键。第一个是基于在键上方测量的微小力的差异。我们预计会出现这种对比,但这是一个需要解决的挑战。」他继续说道:「第二个对比机制确实令人惊讶:在AFM测量中,键出现了不同的长度。在从头计算的帮助下,我们发现一氧化碳分子在尖端的倾斜是造成这种对比的原因。」

结论:

通过非接触式原子力显微镜(AFM)技术,科学家们得以观察到分子化学键的微妙差异,这为进一步探索分子结构和性质提供了重要的技术手段。这一突破性的成果将为分子级别的研究和应用开辟新的可能性,推动科学领域的不断发展和创新。