原子間力顕微鏡は、室温で分子の構造を見ることが可能になりました

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ビデオ: 原子間力顕微鏡の原理 (AFM: Atomic Force Microscopy) | AFMの原理 1-1 2022, 12月
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原子間力顕微鏡は、室温で分子の構造を見ることが可能になりました
Anonim
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電子密度マップ

チェコ共和国と日本の物理学者のグループは、低温に頼ることなく、原子間力顕微鏡を使用してシリコン表面に吸着された分子の画像を取得することができました。この種の初期の作業では、少なくとも-196°Cの液体窒素温度が必要でした。この研究は、NatureCommunications誌に掲載されています。

新しい作品の著者は、分子内の個々の構造を画像化するために、柔らかいシリコンカンチレバー(非常に鋭い針)を使用しました。試験分子自体であるペリレンテトラカルボン酸二無水物を、既知の構造のシリコン基板上に実験に配置しました。室温でこの結果を達成することを可能にした技術の主な特徴は、針先の化学構造の中間分析でした。

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著者が入手した3、4、9、10-ペリレンテトラカルボン酸無水物の画像(左上)。その他の画像:基板のシリコン原子に対する分子の位置

物理学者は、針の先端の状態を、それが基板上にある表面のシリコン原子とどのように相互作用するかに基づいて分類しました。チップがシリコンウェーハの表面に強く引き付けられた場合、それは反応性であると見なされ、逆もまた同様でした。原子分解能の画像は、両方のタイプの針で取得されました。

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反応性カンチレバー(左)と非反応性カンチレバー(右)で得られた画像の違い

画像を取得するために、作品の作者は次のような多段階の手順を開発しました。まず、走査型トンネル顕微鏡を使用して、シリコンウェーハの表面に吸着分子を検出しました。次に、顕微鏡を原子間力モードに切り替え、誤って分子を動かさないように十分な大きさの針を特定の高さに固定し、周囲を正確にスキャンしました。同時に、カンチレバー上のシリコン原子の電子雲と分子内の炭素の反発により、まだ分子内のコントラストがない画像が得られました。

その後、前回のスキャン結果に基づいて、針を徐々に表面に近づけた。これに続いて、最小の高さで、物理学者は再び分子以下の詳細をすでに含んでいる画像を受け取りました。スキャン中に、カンチレバーはその先端の状態を変えることができます;室温のオーダーの温度で、それは化学反応に入ることができます。この状況では、著者はシリコン表面に針をそっと「こすりつける」ことを提案しています。技術の詳細は科学論文に記載されています。

得られた画像は、研究対象の分子の炭素骨格を明確に示していますが、カルボキシル基はありません。これは、有機分子が表面に対して曲がっており、中央部分で上向きに上昇しているためです。酸性残留物は表面近くにあり、カンチレバーにはアクセスできません。

原子間力顕微鏡で分子内分解能を得る主な方法は、一酸化炭素分子が吸着したカンチレバーを使用することです。この方法により、アリンがどのように形成されるかを確認し、銅原子がドーナツに「触れる」ことを発見し、転位反応を追跡することが可能になりました。ただし、その主な要件は、実験のための低温です。そうしないと、CO分子がカンチレバーから簡単に離れて、イメージングプロセスが中断する可能性があります。

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