Новости

Модификация сканирующего туннельного микроскопа [scanning tunnelling microscopy (STM)] позволила исследователям из Германии впервые получить «изображения» межмолекулярных связей.

Новая методика может оказаться существенным подспорьем для исследователей функционализации поверхностей для разработки новых материалов, в том числе – полупроводников и катализаторов топливных ячеек.

Полученные с помощью сканирующей туннельной микроскопии (слева) и сканирующей туннельной водородной микроскопии (в середине) изображения диангидрида 3,4,9,10-перилентетракарбоновой кислоты, расположенного на поверхности из золота, модифицированного калием. Справа – на изображение, полученное с помощью сканирующей туннельной водородной микроскопии наложена структура диангидрида 3,4,9,10-перилентетракарбоновой кислоты. (Рисунок из J. Am. Chem. Soc., 2010, DOI: 10.1021/ja104332t)

Впервые возможности новой методики были продемонстрированы в 2008 году, когда Штефан Таутц (Stefan Tautz) смог получить изображения различных фаз ароматического соединения – диангидрида 3,4,9,10-перилентетракарбоновой кислоты [3,4,9,10-perylene-tetracarboxylic-dianhydride (PTCDA)] на поверхности золота [1]. Подача на щуп сканирующего туннельного микроскопа водорода при низкой температуре позволяло получать изображения молекулы с такой же четкостью, как изображение структурных формул в учебнике по органической химии.

В течение двух последних лет исследователи работали над модификацией метода сканирующей туннельной водородной микроскопии [scanning tunnelling hydrogen microscopy (STHM)]; эта модификация позволила получить изображения межмолекулярных взаимодействий, возникающих между молекулами PTCDA, нанесенными на поверхность и из золота. В ходе последних экспериментов исследователи конденсировали на щупе микроскопа дейтерий при температуре 5-10 Кельвинов и модифицировали поверхность золота калием.

Полученные с помощью модифицированной методики изображения оказались гораздо более контрастными, чем изображения, полученные с помощью обычного сканирующего туннельного микроскопа; их контрастность была такова, что стало возможным наблюдение нековалентных межмолекулярных взаимодействий, возникающих в молекулярном слое PTCDA. Исследователям удалось получить изображения двух межмолекулярных связей (O • • H-C и O • • K), которые проявляются как тонкие линии, или как четкая граница раздела между двумя областями с различной степенью освещенности. Таутц отмечает, что хотя точный механизм отображения ММВ на изображении пока еще неясен, эти взаимодействия теперь можно наблюдать непосредственно, добавляя, что в случае воспроизводства новой методики для изучения других систем, сканирующая туннельная водородная микроскопия может применяться для изучения особенности функционализации других поверхностей.

Лео Гросс, который буквально пару недель назад сообщил об установлении строения органического соединения с помощью атомно-силового микроскопа, полагает, что исследование Таутца весьма важно для развития методов. Он добавляет, что изображения, полученные с помощью сканирующей туннельной водородной микроскопии, отличаются уникальным разрешением и позволяют изучать мономолекулярные слои с исключительной степенью детализации.

Гросс подчеркивает, что преимущество нового метода заключается не только в том, что сканирующая туннельная водородная микроскопия может стать дополнением для обычной сканирующей туннельной микроскопии, но и в том, что для изучения объектов обоими методами может использоваться одна и та же аппаратура, пусть и с небольшими техническими вариациями.