Pesquisadores da Universidade de Regensburg e da Universidade de Tecnologia de Graz mostraram que os átomos de hidrogênio nas laterais das moléculas situadas em uma superfície podem ser vistos diretamente. O estudo, publicado na revista Proceedings of the National Academy of Sciences , descreve que olhando ao lado das moléculas, a posição e a presença dos átomos de hidrogênio anteriormente ocultos poderiam ser reveladas.



Os átomos de hidrogênio situados nas bordas das moléculas afetam muitas propriedades dessas moléculas, incluindo a forma como interagem com outras moléculas. As ligações de hidrogênio são uma das formas mais comuns de interações moleculares, nas quais um átomo de hidrogênio carregado positivamente ao lado de uma molécula é atraído por um átomo negativo em uma molécula vizinha.

As ligações de hidrogênio são de grande importância no campo da síntese na superfície, na qual as moléculas são primeiro absorvidas pela superfície e depois reagem entre si. Mas, apesar da sua importância, as observações diretas destes átomos pequenos, mas importantes, têm sido ilusórias.

Para visualizar os lados das moléculas, os pesquisadores empregaram uma técnica especializada derivada da microscopia de força atômica (AFM).

No AFM, uma ponta afiada é aproximada de uma superfície e as forças na ponta são registradas à medida que ela se move sobre a superfície. Experimentos anteriores de AFM focaram no componente vertical da força e não revelaram os átomos de hidrogênio nas laterais das moléculas. Para superar esta limitação, os pesquisadores empregaram a microscopia de força lateral (LFM), que mede as forças horizontais exercidas na ponta do AFM.

PD Dr. Alfred J. Weymouth do grupo de trabalho do Prof. Franz J. Gießibl, titular da Cátedra de Nanociência Quântica na UR, é um dos principais especialistas na área de LFM. Ele destacou suas capacidades únicas, afirmando:"Apesar de não ser amplamente utilizado, o LFM oferece diversas vantagens sobre o AFM convencional, incluindo excepcional sensibilidade à distância, permitindo a extração de parâmetros físicos de uma única imagem e a capacidade de quantificar forças de atrito deslizando um único átomo através de ligações químicas."

Medindo a força lateral exercida na ponta do AFM nas bordas das moléculas, o Dr. Weymouth e colegas de trabalho conseguiram visualizar diretamente os átomos de hidrogênio. Os dados brutos dos experimentos puderam ser comparados diretamente com cálculos teóricos, proporcionando uma compreensão mais profunda das interações atômicas em jogo.

Embora as interações átomo-átomo sejam frequentemente modeladas usando funções simplificadas dependentes da distância, a comparação desses modelos com os dados experimentais revelou as limitações dessas aproximações, destacando a importância de incorporar fatores adicionais nessas estruturas teóricas. Esse insight é valioso para investigações de AFM e LFM, pois permite aos pesquisadores refinar sua compreensão das interações atômicas básicas.

A capacidade de observar diretamente os átomos de hidrogênio marca um avanço significativo para os pesquisadores, fornecendo uma ferramenta poderosa para elucidar os mecanismos intricados e as etapas intermediárias das reações químicas na superfície. Este avanço tem um imenso potencial para acelerar o progresso em vários campos, incluindo catálise de superfície e interações moleculares dentro do corpo humano.

O desenvolvimento desta nova técnica representa um avanço significativo na nossa compreensão do mundo microscópico, abrindo novos caminhos para investigação e inovação. Ao visualizar diretamente o comportamento dos átomos de hidrogênio, os pesquisadores podem obter insights mais profundos sobre os processos fundamentais que governam as interações das moléculas, abrindo caminho para avanços transformadores em vários campos.

Mais informações: Shinjae Nam et al, Explorando interações no plano ao lado de uma molécula adsorvida com microscopia de força lateral, Proceedings of the National Academy of Sciences (2024). DOI:10.1073/pnas.2311059120
Informações do diário: Anais da Academia Nacional de Ciências

Fornecido pela Universidade de Regensburg