Nanotechnologie
Mikroskop bez čočky umožnil pozorovat sílu vazeb mezi atomy

Fyzikové už delší dobu dovedou přímo pozorovat strukturu molekul a manipulovat s jednotlivými atomy, dosud ale nebylo možno z mikroskopických obrázků vyčíst podrobnosti o síle a délce chemických vazeb. To se nyní změnilo.

Nahlédnout na dění mezi atomy umožnil mikroskop atomárních sil, který má místo skleněné čočky nebo svazku elektronů miniaturní hrot, na jehož konci je uchycena jediná molekula oxidu uhelnatého. Hrot je připevněn na raménku, které se ve vzdálenosti menší než jeden nanometr (miliontina milimetru) pohybuje nad zkoumaným materiálem.

Molekula oxidu uhelnatého kmitá s extrémně malou amplitudou, přičemž síly působící mezi atomy vzorku a hrotem mění charakter těchto kmitů. Z naměřených změn lze proto odvodit atomovou strukturu zkoumané molekuly.

O využití mikroskopu atomárních sil (AFM) pro výzkum síly a délky vazeb informuje tým švýcarských, španělských a francouzských vědců v časopise Science. Odborníci z Universidade de Santiago de Compostela a laboratoří CNRS v Toulouse připravili testované molekuly a fyzikové z curyšských laboratoří IBM Research je prozkoumali pomocí AFM.

Ukázalo se, že molekula oxidu uhelnatého se kromě kmitání nad vzorkem také "houpe", přičemž i tento pohyb závisí na intenzitě sil působících mezi vzorkem a hrotem mikroskopu. Tím se dále zvýšil kontrast metody a vědci byli díky tomu schopni odhalit rozdíly v délce vazeb mezi atomy s přesností na tři pikometry (miliardtiny milimetru), což odpovídá asi setině průměru atomu.

Metodu demonstrovali na dobře prozkoumané sférické molekule jednoho z fullerenů, která připomíná fotbalový míč, protože šedesát atomů uhlíku je v ní uspořádáno do pravidelných pětiúhelníků a šestiúhelníků. A také na dvou rovinných molekulách polycyklických aromatických uhlovodíků připomínajících svou molekulární strukturou kousky grafenu, který je ale na rozdíl od nich tvořen pouze atomy uhlíku.

Přímé pozorování délky a síly vazeb může najít uplatnění v nanotechnologickém výzkumu, například při studiu změn v síle vazeb v okolí nechtěných nebo úmyslně vytvořených poruch ve struktuře grafenu.