显微镜最后放大了分子

 作者:相碳佴     |      日期:2018-01-04 01:03:14
作者:MacGregor Campbell感谢专业的显微镜,我们一直能够看到单个原子的美丽但奇怪的是,尽管看起来很奇怪,但是在相同的细节水平上成像较大的分子是不可能的 - 原子足够坚固以承受现有的工具,但分子的结构则不然现在,IBM的研究人员想出了一种方法最早的单个原子照片是在20世纪70年代通过用电子束喷射目标(通常是一大块金属)捕获的,这种技术称为透射电子显微镜(TEM)后来对该技术的改进,例如加利福尼亚州劳伦斯伯克利国家实验室的TEAM项目,其分辨率小于单个氢原子的半径但是,虽然这种方法适用于晶格或薄层中的原子,但电子轰击会破坏分子中原子的排列其他技术使用类似手写笔的小型扫描探针来探索原子尺度的世界一种方法使用这种探针来测量与单个原子相关的电荷密度 - 这种技术称为扫描隧道显微镜(STM)另一种称为原子力显微镜(AFM),测量探针中的原子与目标之间的吸引力通过将探针撞击分子的原子来创建图像 - 就像我们在黑暗的卧室里感觉到的方式一样两种方法都构建了目标表面的图像,并且应该适合于对单个分子进行成像但是他们还没有能够接近TEM的细节 Leo Gross和他在瑞士苏黎世的IBM公司的同事修改了AFM技术,以制作五苯的最详细图像,这是一种由五个苯环组成的有机分子(见图)该分子非常脆弱,但研究人员能够捕获六角形碳环的细节并推断出周围氢原子的位置一个关键的突破是找到一种方法来阻止显微镜的尖端粘附在脆弱的并五苯分子上,因为静电和范德华力引起的吸引力 - 范德华力是一种仅在分子间水平上运行的弱力该团队通过将单个一氧化碳分子固定到探针末端来实现这一目的,这样只有一个相对无活性的氧原子与并五苯接触虽然范德瓦尔斯力将尖端吸引到其目标,但称为泡利排除原理的量子力学效应被推回这是因为处于相同量子态的电子不能太紧密地相互接近由于并五苯和一氧化碳分子周围的电子处于相同状态,因此在它们之间产生小的排斥力研究人员测量了探针在每个点遇到的排斥力,并由此可以构建分子的“力图”可用的细节水平取决于探头的大小:尖端越小,图片越好日本筑波国立材料科学研究所的Oscar Custance说,这幅图像“令人惊讶” 2007年,他的团队使用AFM来区分硅表面上的单个原子,但他承认IBM团队已经超越了这一成就 “这是我见过的最高分辨率,”他说 IBM的研究人员相信,他们的技术可能为超级强大的计算机敞开大门,这些计算机的组件是用精确定位的原子和分子构建Gross表示,这项工作还可以提供对反应中催化剂作用的见解,使研究人员能够了解原子水平上发生的情况期刊参考:Science,DOI: