(Phys.org)—Gli scienziati dell'IBM sono riusciti per la prima volta a differenziare i legami chimici nelle singole molecole utilizzando una tecnica nota come microscopia a forza atomica senza contatto (AFM).

I risultati spingono all'esplorazione dell'utilizzo di molecole e atomi su scala più piccola e potrebbero essere importanti per lo studio dei dispositivi al grafene, che sono attualmente allo studio sia dall'industria che dal mondo accademico per applicazioni tra cui comunicazioni wireless a banda larga e display elettronici.

"Abbiamo trovato due diversi meccanismi di contrasto per distinguere i legami. Il primo si basa su piccole differenze nella forza misurata sopra i legami. Ci aspettavamo questo tipo di contrasto ma è stata una sfida da risolvere, " ha affermato lo scienziato IBM Leo Gross. "Il secondo meccanismo di contrasto è stato davvero una sorpresa:i legami sono apparsi con lunghezze diverse nelle misurazioni AFM. Con l'aiuto di calcoli ab initio abbiamo scoperto che l'inclinazione della molecola di monossido di carbonio all'apice della punta è la causa di questo contrasto".

Come riportato nella storia di copertina del numero del 14 settembre di Scienza rivista, Gli scienziati di IBM Research hanno visualizzato l'ordine dei legami e la lunghezza dei singoli legami carboniocarbonio in C ₆₀ , noto anche come buckyball per la sua forma a calcio e due idrocarburi policiclici aromatici planari (IPA), che assomigliano a piccoli fiocchi di grafene. Gli IPA sono stati sintetizzati dal Centro de Investigación en Química Biolóxica e Materiais Moleculares (CIQUS) presso l'Universidade de Santiago de Compostela e dal Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS) a Tolosa.

I singoli legami tra gli atomi di carbonio in tali molecole differiscono leggermente nella loro lunghezza e forza. Tutte le sostanze chimiche importanti, elettronico, e le proprietà ottiche di tali molecole sono legate alle differenze di legami nei sistemi poliaromatici. Ora, per la prima volta, queste differenze sono state rilevate sia per le singole molecole che per i legami. Questo può aumentare la comprensione di base a livello delle singole molecole, importante per la ricerca su nuovi dispositivi elettronici, celle solari organiche, e diodi organici a emissione di luce (OLED). In particolare, il rilassamento dei legami attorno ai difetti nel grafene così come il cambiamento dei legami nelle reazioni chimiche e negli stati eccitati potrebbero essere studiati.

Come nelle loro precedenti ricerche" La struttura chimica di una molecola risolta dalla microscopia a forza atomica " gli scienziati IBM hanno utilizzato un microscopio a forza atomica (AFM) con una punta che termina con una singola molecola di monossido di carbonio (CO). Questa punta oscilla con una piccola ampiezza sopra il campione per misurare le forze tra la punta e il campione, come una molecola, per creare un'immagine. La terminazione CO della punta funge da potente lente d'ingrandimento per rivelare la struttura atomica della molecola, comprese le sue obbligazioni. Ciò ha permesso di distinguere i singoli legami che differiscono solo di 3 picometri o 3 × 10- ¹² m, che è circa un centesimo del diametro di un atomo.

Nella ricerca precedente il team è riuscito a visualizzare la struttura chimica di una molecola, ma non le sottili differenze dei legami. L'ordine discriminatorio dei legami è vicino all'attuale limite di risoluzione della tecnica e spesso altri effetti oscurano il contrasto relativo all'ordine dei legami. Pertanto gli scienziati hanno dovuto selezionare e sintetizzare molecole in cui si potessero escludere effetti di fondo perturbanti.

Per corroborare i risultati sperimentali e ottenere ulteriori informazioni sull'esatta natura dei meccanismi di contrasto, the team performed first-principles density functional theory calculations. Thereby they calculated the tilting of the CO molecule at the tip apex that occurs during imaging. They found how this tilting yields a magnification and the very sharp images of the bonds.