Guardare le singole molecole attraverso un microscopio fa parte della vita quotidiana dei nanotecnologi. Però, è stato finora difficile osservare strutture atomiche all'interno di molecole organiche. Nella rinomata rivista scientifica Lettere di revisione fisica , I ricercatori di Juelich spiegano il loro nuovo metodo, che consente loro di acquisire una "visione a raggi X" all'interno delle molecole. Il metodo può facilitare l'analisi di semiconduttori organici e proteine.

Per il loro sguardo nel nanomondo, i ricercatori di Juelich hanno utilizzato un microscopio a scansione a effetto tunnel. La sua sottile punta di metallo scansiona la superficie del campione come l'ago di un giradischi e registra le irregolarità atomiche e le differenze di circa un nanometro (un miliardesimo di millimetro) con minuscole correnti elettriche. Però, anche se la punta del microscopio ha solo la larghezza di un atomo, non è stato finora in grado di dare un'occhiata all'interno delle molecole.

"Per aumentare la sensibilità per le molecole organiche, mettiamo un sensore e un trasduttore di segnale sulla punta, " dice il dottor Ruslan Temirov. Entrambe le funzioni sono svolte da una piccola molecola composta da due atomi di deuterio, detto anche idrogeno pesante. Poiché pende dalla punta e può essere spostato, segue i contorni della molecola e influenza la corrente che fluisce dalla punta del microscopio. Una delle prime molecole studiate da Temirov e collaboratori era il composto dianidride perilene tetracarbossilica. Consiste di 26 atomi di carbonio, otto atomi di idrogeno e sei atomi di ossigeno che formano sette anelli interconnessi. Le immagini precedenti mostravano solo un punto con un diametro di circa un nanometro e senza contorni. Proprio come un'immagine a raggi X, il microscopio a effetto tunnel Juelich mostra la struttura interna a nido d'ape della molecola, che è formato dagli anelli.

"È la straordinaria semplicità del metodo che lo rende così prezioso per la ricerca futura, " dice il prof. Stefan Tautz, Direttore dell'Istituto di bio e nanosistemi del Forschungszentrum Juelich. Il metodo Juelich è stato depositato come brevetto e può essere facilmente utilizzato con i microscopi a scansione a effetto tunnel commerciali. "Le dimensioni spaziali all'interno delle molecole possono ora essere determinate in pochi minuti, e la preparazione del campione si basa prevalentemente su tecniche standard, " dice Tautz. Nel passaggio successivo, gli scienziati Jülich stanno progettando di calibrare anche l'intensità di corrente misurata. Se hanno successo, le intensità di corrente misurate possono consentire di determinare direttamente il tipo di atomi.

Dopo aver pubblicato le prime immagini prodotte con il nuovo metodo nel 2008, il gruppo di ricerca di Tautz e Temirov è stato ora in grado di spiegare il principio quantomeccanico di funzionamento del deuterio sulla punta del microscopio. I loro risultati sono stati supportati da calcoli assistiti da computer dal gruppo di lavoro del Prof. Michael Rohlfing presso l'Università di Osnabruck. La cosiddetta repulsione di Pauli a corto raggio è una forza quanto-fisica tra il deuterio e la molecola che modula la conduttività e permette di misurare le strutture fini in modo molto sensibile.

Il metodo Juelich può essere utilizzato per misurare la struttura e la distribuzione di carica di molecole piatte che possono essere utilizzate come semiconduttori organici o come parte di futuri dispositivi elettronici veloci ed efficienti. Grandi biomolecole tridimensionali come le proteine ​​possono essere esaminate non appena le tecniche sono state perfezionate.