Các phân tử lộ diện huy hoàng trước kính hiển vi

Các nhà vật lí ở Thụy Sĩ và Hà Lan vừa thiết kế ra một dạng kính hiển vi lực nguyên tử (AFM) mới có khả năng tiết lộ nhân dạng của từng nguyên tử một trong một phân tử, lần đầu tiên. Kết quả này là một bước đột phát quan trọng trong lĩnh vực kính hiển vi mặt và có thể mang lại những kiến thức quan trọng về các phản ứng hóa học cũng như sự phát triển của các dụng cụ electron độc thân, theo như lời các nhà nghiên cứu....
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Các phân tử lộ diện huy hoàng trước kính hiển vi Các phân tử lộ diện huy hoàng trước kính hiển viCác nhà vật lí ở Thụy Sĩ và Hà Lan vừa thiết kế ra mộtdạng kính hiển vi lực nguyên tử (AFM) mới có khả năngtiết lộ nhân dạng của từng nguyên tử một trong một phântử, lần đầu tiên. Kết quả này là một bước đột phát quantrọng trong lĩnh vực kính hiển vi mặt và có thể mang lạinhững kiến thức quan trọng về các phản ứng hóa học cũngnhư sự phát triển của các dụng cụ electron độc thân, theonhư lời các nhà cứu. nghiênCấu trúc tinh tế bên trong của một phân tử pentacene đượcchụp ảnh với một kính hiển vi lực nguyên tử. Đây là lầnđầu tiên các nhà khoa học thu được một độ phân giải làmhé lộ cấu trúc hóa học của một phân tử. Hình dạng lục giáccủa năm vòng cacbon trong phân tử pentacene được phângiải rõ ràng. Thậm chí vị trí của các nguyên tử hydro xungquanh các vòng benzen có thể suy luận ra từ bức ảnh (Ảnh:IBM Research, Zurich)AFM – được phát minh ra cách nay chừng 20 năm – chocác nhà khoa học cái nhìn tốt nhất trong việc khảo sát cácnguyên tử trên bề mặt của chất cách điện lẫn chất dẫn điện.Quá trình cơ bản là quét một đầu kim loại nhọn qua mộtmẫu vật để tạo ra hình ảnh dựa trên sự cân bằng của nhữnglực nhỏ xíu giữa đầu nhọn và mẫu. Những cải tiến kĩ thuậtliên tục đã cho phép các nhà nghiên cứu nhìn vào các bềmặt một cách chi tiết chưa có tiền lệ, trong đó có một độtphá hồi năm 2007 khi các nhà nghiên cứu lần đầu tiên làmchủ được việc phân giải các nguyên tử cô lập trên bề mặtcủa một chất.Tập vào vấn trung đềTuy nhiên, để cải tiến AFM đến những độ phân giải ngàycàng cao hơn, các nhà nghiên cứu cần phải di chuyển đầunhọn của kính trong vòng 1nm của mẫu và ở cự li này, mộtsố thách thức kĩ thuật đã phát sinh. Vấn đề chính là nguy cơđầu nhọn bị dịch chuyển sang bên hoặc thậm chí bị hấp thubởi mẫu do lực tương tác van der Waals – lực hút tĩnh điệnyếu giữa các nguyên tử hay phân tử gần kề nhau phát sinhdo các thăng giáng vị trí electron của chúng. Ngoài ra, khiđầu dò tiến gần hơn đến mẫu, thì điều còn quan trọng hơnnữa là biết chính xác kết cấu nguyên tử và dạng hình họccủa đầu nhọn AFM và với các đầu nhọn thông thường thìthông tin này không phải lúc nào cũng rõ ràng.Chụp ảnh “giải phẫu” một phân tử pentacene với độ phângiải nguyên tử - ảnh 3D đã hiệu chỉnh. Bằng cách sử dụngmột đầu kim loại sắc nhọn cỡ nguyên tử tận cùng với mộtphân tử cacbon monoxit, các nhà khoa học IBM đã có thểđi trong cự li ngắn chế độ lực cho phép họ thu được ảnhcủa cấu trúc nội của phân tử đó (Ảnh: IBM Research,Zurich)Tuy nhiên, nay một đội nghiên cứu, đứng đầu là Leo Grossthuộc phòng thí nghiệm nghiên cứu IBM ở Zurich, ThụySĩ, đã khắc phục được những trở ngại này để phân giải từngnguyên tử và từng liên kết một trong một đơn phân tử.Gross hiểu rõ rằng nguyên tử hay phân tử ở đầu rất nhọncủa AFM chi phối độ tương phản và độ phân giải của kínhhiển vi. Vì lí do này, họ đã thay đầu nhọn kim loại củaAFM thông thường bằng một đơn phân tử cacbon monoxit(CO), phân tử rất bền đồng thời là đối tượng chịu lực vander Waals nhỏ hơn nhiều khi tiếp cận gần với mẫu.Để chứng minh công cụ mới của họ, các nhà nghiên cứuđưa đầu nhọn AFM của họ vào trước một hydrocacbon đã%Xem thêm các bài viết liên quan: