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原子力顯微鏡技術揭示分子化學鍵的微妙差異

2024-02-29科學

簡介:

過去十年來,原子水平成像技術取得了長足的進步,使科學家能夠直觀地描繪單個分子中化學鍵的差異。蘇黎世 IBM 研究中心的一組研究人員利用非接觸式原子力顯微鏡(AFM)技術,成功地觀察到納米石墨烯分子或C60中各個原子之間的詳細化學鍵。

探索原子鍵的微妙之處:

透過非接觸式原子力顯微鏡(AFM)技術,科學家們能夠觀察到單個分子中不同類別化學鍵的微妙差異。在影像中,人們可以清晰地看到化學鍵之間的亮點和暗點,這對應於較高和較低的電子密度。透過觀察納米石墨烯分子的影像,研究人員發現某些CC化學鍵比其他化學鍵更加突出,這是由於單個原子之間的鍵在長度和強度上略有不同。

Leo Gross 博士表示:「現在我們第一次能夠在視覺上區分不同類別的化學鍵,這真的很令人興奮。」這項研究的成果標誌著科學家們對原子水平成像技術的進一步突破。

技術背後的奧秘:

為了建立這些影像,IBM 研究人員利用原子力顯微鏡,其尖端末端附有一個一氧化碳分子。透過測量尖端和樣品之間的振蕩,AFM技術可以慢慢地建立非常詳細的分子影像。這種技術使得區分僅相差三皮米的單個鍵成為可能。

Leo Gross 博士解釋道:「我們發現了兩種不同的對比機制來區分鍵。第一個是基於在鍵上方測量的微小力的差異。我們預計會出現這種對比,但這是一個需要解決的挑戰。」他繼續說道:「第二個對比機制確實令人驚訝:在AFM測量中,鍵出現了不同的長度。在從頭計算的幫助下,我們發現一氧化碳分子在尖端的傾斜是造成這種對比的原因。」

結論:

透過非接觸式原子力顯微鏡(AFM)技術,科學家們得以觀察到分子化學鍵的微妙差異,這為進一步探索分子結構和性質提供了重要的技術手段。這一突破性的成果將為分子級別的研究和套用開辟新的可能性,推動科學領域的不斷發展和創新。