Vědci vůbec poprvé zobrazili kostru molekuly

Zdroj: Oficiální zdroj

Vědcům se vůbec poprvé podařilo zobrazit "anatomii“, neboli chemickou strukturu, molekuly. Výsledky by mohly výrazně ovlivnit oblast nanotechnologií, u které jde o pochopení a ovládání těch nejmenších objektů známých lidstvu.

Odborníci přitom využili techniky zvané nekontaktní mikroskopie atomárních sil (AFM).

"I když to není přesné přirovnání, představte si, jak lékaři pomocí rentgenu zobrazují kosti a orgány v lidském těle, my pomocí mikroskopu atomárních sil zobrazujeme atomové struktury, které jsou páteří jednotlivých molekul,“ řekl výzkumník IBM Gerhard Meyer.

Podívejte se, jak funguje AFM:

Vědci se svým způsobem téměř  dotýkali ultratenkou jehlou se špičkou tvořenou jediným atomem povrchu molekuly. Díky tomu mohli odvodit její tvar, který koresponduje se standardním modelem.

Zdroj: Oficiální zdroj

Dveře do světa nanotechnologií
 

Tyto průlomové výsledky otevřou nové možnosti pro zkoumání přenosu náboje mezi molekulami a molekulárními sítěmi. Porozumět rozložení náboje v měřítku atomů je nezbytné pro výrobu menších, rychlejších a energeticky účinnějších počítačových součástek než jsou dnešní procesory a paměťová zařízení.

Takové součástky by jednoho dne mohly přispět k realizaci vize IBM o chytřejší planetě, neboť pomohou fyzický svět vybavit čidly a propojit jej.
 

Vědcům IBM se s jejich AFM vůbec poprvé podařilo podívat skrz elektronový oblak a vidět atomovou páteř jednotlivé molekuly. I když to není přímé technologické přirovnání, připomíná to rentgenové paprsky, které procházejí měkkými tkáněmi a jasně zobrazují kosti.

Hrot, který rozhodl o měřítku

AFM využívá ostrý kovový hrot k měření nepatrné síly mezi hrotem a vzorkem, například molekulou, čímž vytváří obraz. Molekulou zkoumanou v tomto experimentu byl pentacen.
 

Pro zobrazení chemické struktury molekuly metodou AFM je nutné pracovat velice blízko u molekuly. Rozsah, kde chemické interakce výrazně přispívají k silám, je menší než nanometr. Proto odborníci museli zvýšit citlivost hrotu a překonat zásadní omezení: podobně jako se dva magnety v blízkosti přitahují nebo odpuzují, molekuly by snadno mohly být vytlačeny nebo naopak přichyceny k hrotu, kdyby se hrot přiblížil příliš – což by znemožnilo další měření.

Zdroj: Oficiální zdroj

Vědec IBM Nikolaj Moll provedl výpočty zkoumaného systému z prvních principů založené na teorii funkcionálu hustoty. Vysvětluje: "Výpočty nám pomohly pochopit, co způsobilo atomový kontrast. Zjistili jsme, že zdrojem je odpudivá síla způsobená efektem z kvantové mechaniky, který se nazývá Pauliho vylučovací princip. Ten uvádí, že dva identické elektrony se k sobě nemohou přiblížit příliš blízko.
 

IBM a nanotechnologie

Vědci se už dlouho pokoušejí "vidět“ a manipulovat atomy a molekulami, aby rozšířili lidské poznání a posunuli hranice výrobních možností do nanometrické sféry. IBM je průkopníkem nanověd a nanotechnologií už od té doby, co Gerd Binnig a Heinrich Rohrer v curyšské laboratoři IBM Research v roce 1981 vyvinuli skenovací tunelový mikroskop.

Za tento objev, který umožnil zobrazovat jednotlivé atomy a později s nimi také manipulovat, získali Binnig a Rohrer v roce 1986 Nobelovu cenu za fyziku.