Imagen “Anatomía” de los Científicos de una Molécula usando Microscopia Atómica Sin Contacto de la Fuerza

Published on August 28, 2009 at 12:38 AM

IBM (NYSE: Los científicos de IBM) han podido a la imagen la “anatomía” -- o estructura química -- dentro de una molécula con la resolución sin precedente, usando una técnica compleja conocida como microscopia atómica sin contacto de la fuerza.

Proyección De Imagen la “anatomía” de una molécula del pentacene - 3D rindió la visión: Usando una punta de metal atómico sostenida terminada con una molécula del monóxido de carbono, los científicos de IBM podían medir en el régimen de corto alcance de las fuerzas que permitieron que obtuvieran una imagen de la estructura interna de la molécula. La superficie coloreada representa datos experimentales. Cortesía de Imagen de la Investigación de IBM - Zurich

Los resultados activan la exploración de usar las moléculas y los átomos en la escala más pequeña y podrían afectar grandemente el campo de la nanotecnología, que intenta entender y controlar algunos de los objetos más pequeños sepa a la humanidad.

“Sin Embargo no una comparación exacta, si usted piensa en cómo un doctor utiliza una radiografía a los huesos y a los órganos de la imagen dentro del cuerpo humano, estamos utilizando el microscopio atómico de la fuerza a la imagen que las estructuras atómicas que son las espinas dorsales de moléculas individuales,” dijeron al Investigador Gerhard Meyer de IBM. De “técnicas Exploración de la antena ofrecen el potencial asombroso para las estructuras funcionales complejas de la creación de un prototipo y para adaptar y estudiar sus propiedades electrónicas y químicas en la escala atómica.”

La publicación actual de las personas sigue en los talones de otro experimento publicó hace apenas dos meses en la aplicación del 12 de junio la Ciencia (Volumen 324, Edición 5933, Págs. 1428 - 1431) donde los científicos de IBM midieron los estados de la carga de átomos usando un AFM. Estos descubrimientos abrirán las nuevas posibilidades de investigar cómo la carga transmite a través de las moléculas o de las redes moleculares. La Comprensión de la distribución de carga en la escala atómica es esencial para componentes que calculan más pequeños, más rápidamente y más económicos de energía de la construcción que procesadores y los dispositivos de memoria de hoy. Estos componentes podían un día contribuir a IBM la visión de un planeta más elegante ayudando al instrumento e interconectar el mundo físico.

Como se explica en la aplicación del 28 de agosto el alimentador de la Ciencia, IBM Investiga - los científicos Mohn Grueso, Fabiano de Leo de Zurich, el Moll y Gerhard Meyer de Nikolaj, en colaboración con Peter Liljeroth de la Universidad de Utrecht, utilizaron un AFM operatorio en un vacío ultraalto y en las temperaturas muy bajas (- 268oC o - 451oF) a la imagen la estructura química de las moléculas individuales del pentacene. Con su AFM, los científicos de IBM, por primera vez nunca, podían observar a través de la nube de electrón y ver la espina dorsal atómica de una molécula individual. Mientras Que no una comparación tecnológica directa, ésta es evocadora de radiografías ese paso a través del tejido suave para activar imágenes sin obstrucción de huesos.

La punta que inclinó la escala

El AFM utiliza una punta de metal sostenida para medir las fuerzas minúsculas entre la punta y la muestra, tal como una molécula, para crear una imagen. En los actuales experimentos, la molécula investigada era pentacene. Pentacene es una molécula orgánica oblonga que consiste en 22 átomos de carbón y 14 átomos de hidrógeno que miden 1,4 nanómetros de largo. La separación entre los átomos de carbón vecinos es solamente 0,14 nanómetros-áspero 1 millón de veces más pequeñas entonces el diámetro de un grano de la arena. En la imagen experimental, las dimensiones de una variable hexagonales de los cinco anillos del carbón así como los átomos de carbón en la molécula son sin obstrucción resueltos. Incluso las posiciones de los átomos de hidrógeno de la molécula se pueden deducir de la imagen.

“El clave a lograr la resolución atómica era un atómico sostenido y ápice definido de la punta así como la estabilidad muy alta del sistema,” dijo al científico Leo de IBM Grueso. A la imagen la estructura química de una molécula con un AFM, es necesario operatorio en mismo gran proximidad a la molécula. El rango, donde las acciones recíprocas químicas dan contribuciones importantes a las fuerzas, es menos que un nanómetro. Para lograr esto, requirieron a los científicos de IBM aumentar la sensibilidad de la punta y vencer una limitación importante: Similar a los imanes de la manera dos atraería o se repelería al conseguir cercano, las moléculas serían dislocadas fácilmente cerca o fijación a la punta cuando la punta era más lejos también acercadas mediciones de la cercano-representación imposibles.

Haber agregado Grueso, “Preparamos nuestra punta deliberadamente tomando los únicos átomos y moléculas y mostramos que es el primer átomo o molécula de la punta que regulan el contraste y la resolución de nuestras mediciones del AFM.” Una punta terminada con una molécula del monóxido de carbono (CO) rindió el contraste óptimo en una altura de punta de aproximadamente 0,5 nanómetros encima de la molécula que era el y-actuar reflejado como magnificar potente - cristal - resuelto los átomos individuales dentro de la molécula del pentacene, revelando su estructura química de la atómico-escala exacta.

Además, los científicos podían derivar una correspondencia tridimensional completa de la fuerza de la molécula investigada. “Para obtener una correspondencia completa de la fuerza el microscopio necesario ser altamente estable, mecánicamente y térmicamente, asegurarse de que la punta del AFM y la molécula seguían siendo inalteradas durante las más de 20 horas de adquisición de datos,” dice a Mohn Fabiano, que está trabajando en su tesis del Ph.D. en la Investigación de IBM - Zurich.

Para corroborar las conclusión experimentales y ganar discernimiento adicional en la naturaleza exacta del mecanismo de la proyección de imagen, el Moll de Nikolaj del científico de IBM realizó los cálculos de la teoría funcional de densidad de los primero-principios del sistema investigado. Él explica, “Los cálculos nos ayudó a entender qué causó el contraste atómico. De hecho, encontramos que su fuente era repulsión de Pauli entre el CO y la molécula del pentacene.” Esta fuerza repulsiva proviene un efecto mecánico del quantum llamado el principio de exclusión de Pauli. Declara que dos electrones idénticos no pueden acercarse demasiado de cerca.

El artículo científico dio derecho “A la Estructura Química de una Molécula Resuelta por Microscopia Atómica de la Fuerza” por L. Gross, F. Mohn, N. Moll, P. Liljeroth, y G. Meyer, aparece en la Ciencia, Volumen 325, Edición 5944, Págs. 1110 - 1114 (28 de agosto de 2009).

Last Update: 11. January 2012 16:29

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