L'ossigeno è altamente reattivo. Si accumula su molte superfici e ne determina il comportamento chimico. All'Università di Tecnologia di Vienna, scienziati studiano l'interazione tra ossigeno e superfici di ossido di metallo, che svolgono un ruolo importante in molte applicazioni tecniche, dai sensori e catalizzatori chimici all'elettronica.

Però, è estremamente difficile studiare le molecole di ossigeno sulla superficie dell'ossido di metallo senza alterarle. A TU Vienna, questo è stato ora ottenuto con un trucco speciale:un singolo atomo di ossigeno è attaccato alla punta di un microscopio a forza atomica e poi è guidato delicatamente attraverso la superficie. Viene misurata la forza tra la superficie e l'atomo di ossigeno, e un'immagine viene acquisita con una risoluzione estremamente elevata. I risultati sono stati ora pubblicati sulla rivista PNAS .

Diversi tipi di ossigeno

"Negli ultimi anni, sono state fatte molte ricerche su come l'ossigeno si attacca alle superfici di ossido di metallo, " afferma il prof. Martin Setvin dell'Istituto di fisica applicata della TU Wien. "Le molecole di O2 rimangono intatte, o sono scomposti in singoli atomi? O potrebbe essere possibile che le cosiddette forme di tetraossigeno, un complesso di quattro atomi? Tali domande sono importanti per comprendere le reazioni chimiche sulla superficie dell'ossido di metallo".

Sfortunatamente, non è facile fotografare questi atomi. I microscopi a scansione a effetto tunnel vengono spesso utilizzati per l'immagine delle superfici atomo per atomo. Una punta fine viene passata sul campione a una distanza estremamente breve, in modo che i singoli elettroni possano passare tra il campione e la punta. Viene misurata la piccola corrente elettrica che ne risulta. Però, questo metodo non può essere utilizzato per le molecole di ossigeno:si caricherebbero elettricamente e cambierebbero completamente il loro comportamento.

Gli scienziati di Vienna hanno invece utilizzato un microscopio a forza atomica. Anche qui, una punta sottile viene spostata sulla superficie. In questo caso, non scorre corrente, ma si misura la forza che agisce tra la punta e la superficie. Un trucco speciale è stato decisivo:la funzionalizzazione della punta:"Un singolo atomo di ossigeno viene prima catturato dalla punta del microscopio a forza atomica e poi spostato sulla superficie, " spiega Igor Sokolovic. L'atomo di ossigeno funge quindi da sonda altamente sensibile per esaminare punto per punto la superficie.

Poiché non scorre corrente e l'atomo di ossigeno non entra mai in pieno contatto con la superficie, questo metodo è estremamente delicato e non modifica gli atomi sulla superficie dell'ossido di metallo. In questo modo, la geometria dei depositi di ossigeno sull'ossido metallico può essere esaminata in dettaglio.

Un metodo versatile

"Questa funzionalizzazione della punta mediante il posizionamento di un atomo molto specifico su di essa è stata sviluppata negli ultimi anni, e ora mostriamo per la prima volta che può essere applicato su superfici di ossido di metallo, "dice Setvin.

Si scopre che le molecole di ossigeno possono essere attaccate all'ossido di metallo in modi diversi:sugli atomi di titanio in superficie o in determinate posizioni, dove manca un atomo di ossigeno. A seconda della temperatura, le molecole di ossigeno possono quindi dividersi in due singoli atomi di ossigeno. Però, non è stato trovato alcun tetraossigeno, un ipotetico complesso di quattro atomi di ossigeno.

"Le superfici in ossido di titanio che esaminiamo in questo modo sono un caso prototipo per mettere alla prova questo metodo, " spiega Martin Setvin. "Ma le intuizioni che otteniamo dai nostri esperimenti si applicano anche a molti altri materiali". modificare.