Các phân tử lộ diện huy hoàng trước kính hiển vi pot

Các phân tử lộ diện huy hoàng trước
kính hiển vi

Các nhà vật lí ở Thụy Sĩ và Hà Lan vừa thiết kế ra một
dạng kính hiển vi lực nguyên tử (AFM) mới có khả năng
tiết lộ nhân dạng của từng nguyên tử một trong một phân
tử, lần đầu tiên. Kết quả này là một bước đột phát quan
trọng trong lĩnh vực kính hiển vi mặt và có thể mang lại
những kiến thức quan trọng về các phản ứng hóa học cũng
như sự phát triển của các dụng cụ electron độc thân, theo
như lời các nhà nghiên cứu.




Cấu trúc tinh tế bên trong của một phân tử pentacene được
chụp ảnh với một kính hiển vi lực nguyên tử. Đây là lần
đầu tiên các nhà khoa học thu được một độ phân giải làm
hé lộ cấu trúc hóa học của một phân tử. Hình dạng lục giác
của năm vòng cacbon trong phân tử pentacene được phân
giải rõ ràng. Thậm chí vị trí của các nguyên tử hydro xung
quanh các vòng benzen có thể suy luận ra từ bức ảnh (Ảnh:
IBM Research, Zurich)

AFM – được phát minh ra cách nay chừng 20 năm – cho
các nhà khoa học cái nhìn tốt nhất trong việc khảo sát các
nguyên tử trên bề mặt của chất cách điện lẫn chất dẫn điện.
Quá trình cơ bản là quét một đầu kim loại nhọn qua một
mẫu vật để tạo ra hình ảnh dựa trên sự cân bằng của những
lực nhỏ xíu giữa đầu nhọn và mẫu. Những cải tiến kĩ thuật
liên tục đã cho phép các nhà nghiên cứu nhìn vào các bề

mặt một cách chi tiết chưa có tiền lệ, trong đó có một đột
phá hồi năm 2007 khi các nhà nghiên cứu lần đầu tiên làm
chủ được việc phân giải các nguyên tử cô lập trên bề mặt
của một chất.

Tập trung vào vấn đề

Tuy nhiên, để cải tiến AFM đến những độ phân giải ngày
càng cao hơn, các nhà nghiên cứu cần phải di chuyển đầu
nhọn của kính trong vòng 1nm của mẫu và ở cự li này, một
số thách thức kĩ thuật đã phát sinh. Vấn đề chính là nguy cơ
đầu nhọn bị dịch chuyển sang bên hoặc thậm chí bị hấp thu
bởi mẫu do lực tương tác van der Waals – lực hút tĩnh điện
yếu giữa các nguyên tử hay phân tử gần kề nhau phát sinh
do các thăng giáng vị trí electron của chúng. Ngoài ra, khi
đầu dò tiến gần hơn đến mẫu, thì điều còn quan trọng hơn
nữa là biết chính xác kết cấu nguyên tử và dạng hình học
của đầu nhọn AFM và với các đầu nhọn thông thường thì
thông tin này không phải lúc nào cũng rõ ràng.


Chụp ảnh “giải phẫu” một phân tử pentacene với độ phân
giải nguyên tử - ảnh 3D đã hiệu chỉnh. Bằng cách sử dụng
một đầu kim loại sắc nhọn cỡ nguyên tử tận cùng với một
phân tử cacbon monoxit, các nhà khoa học IBM đã có thể
đi trong cự li ngắn chế độ lực cho phép họ thu được ảnh
của cấu trúc nội của phân tử đó (Ảnh: IBM Research,
Zurich)

Tuy nhiên, nay một đội nghiên cứu, đứng đầu là Leo Gross

thuộc phòng thí nghiệm nghiên cứu IBM ở Zurich, Thụy
Sĩ, đã khắc phục được những trở ngại này để phân giải từng
nguyên tử và từng liên kết một trong một đơn phân tử.
Gross hiểu rõ rằng nguyên tử hay phân tử ở đầu rất nhọn
của AFM chi phối độ tương phản và độ phân giải của kính
hiển vi. Vì lí do này, họ đã thay đầu nhọn kim loại của
AFM thông thường bằng một đơn phân tử cacbon monoxit
(CO), phân tử rất bền đồng thời là đối tượng chịu lực van
der Waals nhỏ hơn nhiều khi tiếp cận gần với mẫu.

Để chứng minh công cụ mới của họ, các nhà nghiên cứu
đưa đầu nhọn AFM của họ vào trước một hydrocacbon đã
%
Xem thêm các bài viết liên quan: