Ricercatori dell'Università di Ratisbona e del Politecnico di Graz hanno dimostrato che gli atomi di idrogeno ai lati delle molecole che giacciono su una superficie possono essere visti direttamente. Lo studio, pubblicato sulla rivista Proceedings of the National Academy of Sciences , descrive che guardando accanto alle molecole, è possibile rivelare la posizione e la presenza degli atomi di idrogeno precedentemente nascosti.
Gli atomi di idrogeno situati ai bordi delle molecole influenzano molte proprietà di tali molecole, compreso il modo in cui interagiscono con altre molecole. I legami idrogeno sono una delle forme più comuni di interazioni molecolari, in cui un atomo di idrogeno carico positivamente sul lato di una molecola è attratto da un atomo negativo in una molecola vicina.
I legami idrogeno sono di grande importanza nel campo della sintesi superficiale, in cui le molecole vengono prima assorbite su una superficie e poi reagiscono tra loro. Ma nonostante la loro importanza, le osservazioni dirette di questi atomi piccoli ma importanti sono state sfuggenti.
Per visualizzare i lati delle molecole, i ricercatori hanno utilizzato una tecnica specializzata derivata dalla microscopia a forza atomica (AFM).
Nell'AFM, una punta affilata viene avvicinata a una superficie e le forze sulla punta vengono registrate mentre si muove sulla superficie. Precedenti esperimenti AFM si concentravano sulla componente verticale della forza e non rivelavano gli atomi di idrogeno ai lati delle molecole. Per superare questa limitazione, i ricercatori hanno utilizzato la microscopia a forza laterale (LFM), che misura le forze orizzontali esercitate sulla punta dell'AFM.
Il PD Dr. Alfred J. Weymouth del gruppo di lavoro del Prof. Dr. Franz J. Gießibl, titolare della cattedra di Nanoscienza Quantistica presso l'UR, è uno dei massimi esperti nel campo dell'LFM. Ha evidenziato le sue capacità uniche, affermando:"Nonostante non sia ampiamente utilizzato, LFM offre numerosi vantaggi rispetto all'AFM convenzionale, tra cui un'eccezionale sensibilità alla distanza, consentendo l'estrazione di parametri fisici da una singola immagine e la capacità di quantificare le forze di attrito facendo scorrere un singolo atomo attraverso i legami chimici."
Misurando la forza laterale esercitata sulla punta dell'AFM ai bordi delle molecole, il dottor Weymouth e colleghi sono stati in grado di visualizzare direttamente gli atomi di idrogeno. I dati grezzi degli esperimenti hanno potuto essere confrontati direttamente con i calcoli teorici, fornendo una comprensione più profonda delle interazioni atomiche in gioco.
Sebbene le interazioni atomo-atomo siano spesso modellate utilizzando funzioni semplificate dipendenti dalla distanza, il confronto di questi modelli con i dati sperimentali ha rivelato i limiti di queste approssimazioni, evidenziando l’importanza di incorporare fattori aggiuntivi in questi quadri teorici. Questa intuizione è preziosa sia per le indagini AFM che per quelle LFM, poiché consente ai ricercatori di affinare la loro comprensione delle interazioni atomiche di base.
La capacità di osservare direttamente gli atomi di idrogeno segna un passo avanti significativo per i ricercatori, fornendo un potente strumento per chiarire i complessi meccanismi e le fasi intermedie delle reazioni chimiche sulla superficie. Questo progresso racchiude un immenso potenziale per accelerare il progresso in vari campi, tra cui la catalisi superficiale e le interazioni molecolari all'interno del corpo umano.
Lo sviluppo di questa nuova tecnica rappresenta un significativo passo avanti nella nostra comprensione del mondo microscopico, aprendo nuove strade per la ricerca e l'innovazione. Visualizzando direttamente il comportamento degli atomi di idrogeno, i ricercatori possono ottenere informazioni più approfondite sui processi fondamentali che governano le interazioni delle molecole, aprendo la strada a progressi trasformativi in vari campi.
Ulteriori informazioni: Shinjae Nam et al, Esplorazione delle interazioni nel piano accanto ad una molecola adsorbita con la microscopia a forza laterale, Atti dell'Accademia nazionale delle scienze (2024). DOI:10.1073/pnas.2311059120
Informazioni sul giornale: Atti dell'Accademia Nazionale delle Scienze
Fornito dall'Università di Ratisbona
