Szenzációs kép: a világ első fotója egy molekuláról reakció előtt és után!

Először sikerült egy tudóscsapatnak lefotóznia azt, amiről sokáig úgy hittük, lehetetlen képet készíteni róla: egy molekulát atomi szinten, méghozzá úgy, hogy még a kémiai kötések is látszanak!

Ehhez hasonló AFM-géppel készült

Megérkezett az első Galaktika XL!

A ténylegesen szenzációs képet a kaliforniai Berkeley Egyetem kémikusai és fizikusai készítették forradalmian újszerű technikájukkal. Egy csúcstechnológiás atomi mikroszkópot használtak fel hozzá, a fényképeket pedig arról készítették, amikor a molekula kémiai reakción megy át. Eddig legfeljebb spektroszkópiával tudtak ilyen jellegű információkat szerezni.

Felix Fischer, a kutatásban részt vevő kémikus elmondta:

“Annak ellenére, hogy napi szinten dolgozom ezekkel a molekulákkal, az, hogy láthatom ezeket a képeket, elsöprő. Wow! Ez az, amire a tanáraim mindig azt mondták, hogy soha nem láthatjuk majd, most pedig – itt van!”

Az, hogy innentől leképezhetők a kémiai reakciók molekuláris szinten, nem csak egy dekoratív, érdekességszámba menő apróság, hanem komoly tudományos áttörésekhez is vezethet: segítségével a kémikusok nagyobb pontossággal tudják majd kezelni a reakciókat, így tökéletesebb eredményeket kapnak majd. Fischer, és fizikus társa, Michael Crommie eredeti szándéka az volt a képekkel, hogy grafén-nanostruktúrák építéséhez használják fel, ami egy rendkívül jó kutatási terület – sokak szerint a jövő számítógépeinek alapja.

“Ez az egész jóval túllép a grafénon. Ezt a technikát jól lehet használni például a heterogén katalizátorok területén is.” – világított rá Fischer. A heterogén katalizátorokat az olajiparban és autókban használják. Így sikerül majd pontosan megtudni, hogy melyik kötések törnek meg és hol jönnek létre újabbak, ez pedig jelentős fejlesztéseket tesz majd lehetővé, mondjuk jármű-motorokban, hogy csak egyetlen példát említsünk.Kiváló áttekintés az atomfizika alapjairól A dolgok legbelseje című kötet:

Crommie, mint fizikus, saját tudományán keresztül mutatja be a találmány jelentőségét:

“Az atommikroszkópunk új információkkal szolgál a kémiai kötésekről, ami elképesztően hasznos a különböző molekuláris struktúrák felépülésének megértésében, és hogy hogyan lehet egy ilyen struktúrát egy másikká átalakítani. Ez segít új nanostruktúrákat felépíteni, például összefonódó atomi hálózatokat, amelyeknek egy bizonyos alakja, felépítése lesz elektronikus berendezésekhez. Ez előremutató.”

Enélkül a kémikusok (mint Fischer is) hosszas sakkozásra kényszerülnek, hogy meghatározzák, mi történik egy reakcióban:

“A kémiában belehajigálsz dolgokat egy edénybe, aztán valami más jön ki, de általában csak indirekt információkat kapsz arról, hogy mid van. Úgy kell kikövetkeztetned abból, amit a mágneses magrezonancia vagy az infravörös, vagy ultraviola spektrumképek adnak. Olyan, mint egy kirakós, össze kell rakni az információt, aztán leszűkíteni arra, hogy melyik struktúra a legvalószínűbb. De ez önmagában csak árnyék. Most már van egy technológiánk, amivel ránézhetsz és mondhatok: igen, ez pontosan az a molekula.”

Fischer olyan új technikán dolgozik, amivel olyan grafén-struktúrákat tud létrehozni, amelyek különleges kvantum-tulajdonságaikkal hasznosak lehetnek nanoméretű elektronikus berendezésekben. A szénatomok hatszög alapú alakzatban vannak, és ahelyett, hogy az ilyen felépítésű grafént szeletelné atomnyi vastagságú szeletekre, Fischer inkább úgy oldaná meg az elemek gyártását, hogy lerakja a szénmolekulákat, és a kívánt architektúrába rendezve létrehozza a a kötéseket köztük. Semmi gond ezzel, már képesek vagyunk manipulálni az atomokat kötések létrehozásában – de gőzünk sincs, mi lett az eredmény.

Legalábbis eddig nem volt. Crommie-val először is a folyékony hélium hőmérsékletére hűtötték a reakció “helyszínét”, hogy az atomok ne mozogjanak el, aztán többször végigszkennelték a felületet, kikutatva a célt. Ezután egyetlen szén-monoxid molekulát helyeztek a mikroszkópjuk tűcsúcsára, hogy a felbontást javítsák. Ez a technika az ún. érintkezés nélküli AFM, amelyet az IBM-nél dolgoztak ki pár éve Zürichben. Miután lefotózták a Fischer által erre az alkalomra készített molekulát, felmelegítették a felszínt, hogy a reakciók beinduljanak, aztán visszahűtötték, hogy a változásokat is képre vehessék.

Így működik az AFM

Ezzel céljuk egy új típusú kémia megalapozása, ami lehetővé teszi magasan strukturált nano-architektúrák építését egy felszínen, ami nanoméretű adattárolást, logikai kapukat és elektronikus készülékeket segít megalkotni.

És ezzel a technikával ez már sokkal inkább “science”, mint “fiction”.

Neal Stephenson Gyémántkor című regényében álmodott meg egy olyan világot, melyben az emberiség életét gyökeresen átalakította a szénre épülő nanotechnológia, ahol minden ruhát, élelmet, járművet így állítanak már elő. Lehet, hogy valóban egy ilyen jövő felé tartunk?

sciencedaily.com