(Phys.org) —Os cientistas da IBM foram capazes de diferenciar as ligações químicas em moléculas individuais pela primeira vez usando uma técnica conhecida como microscopia de força atômica sem contato (AFM).

Os resultados impulsionam a exploração do uso de moléculas e átomos na menor escala e podem ser importantes para estudar dispositivos de grafeno, que estão sendo explorados pela indústria e pela academia para aplicações, incluindo comunicação sem fio de alta largura de banda e displays eletrônicos.

"Encontramos dois mecanismos de contraste diferentes para distinguir as ligações. O primeiro é baseado em pequenas diferenças na força medida acima das ligações. Esperávamos esse tipo de contraste, mas foi um desafio resolver, "disse o cientista da IBM Leo Gross." O segundo mecanismo de contraste realmente foi uma surpresa:os títulos apareceram com comprimentos diferentes nas medições de AFM. Com a ajuda de cálculos ab initio, descobrimos que a inclinação da molécula de monóxido de carbono no ápice da ponta é a causa desse contraste. "

Conforme relatado na matéria de capa da edição de 14 de setembro da Ciência revista, Os cientistas da IBM Research criaram imagens da ordem e do comprimento das ligações individuais de carbono-carbono em C ₆₀ , também conhecido como buckyball por sua forma de futebol e dois hidrocarbonetos aromáticos policíclicos planares (PAHs), que se assemelham a pequenos flocos de grafeno. Os PAHs foram sintetizados pelo Centro de Investigação em Química Biolóxica e Materiais Moleculares (CIQUS) da Universidade de Santiago de Compostela e pelo Centro Nacional de la Recherche Scientifique (CNRS) em Toulouse.

As ligações individuais entre os átomos de carbono em tais moléculas diferem sutilmente em seu comprimento e força. Todos os produtos químicos importantes, eletrônico, e as propriedades ópticas de tais moléculas estão relacionadas às diferenças de ligações nos sistemas poliaromáticos. Agora, pela primeira vez, essas diferenças foram detectadas para moléculas individuais e ligações. Isso pode aumentar a compreensão básica no nível de moléculas individuais, importante para a pesquisa sobre novos dispositivos eletrônicos, células solares orgânicas, e diodos emissores de luz orgânicos (OLEDs). Em particular, o relaxamento de ligações em torno de defeitos no grafeno, bem como a mudança de ligações em reações químicas e em estados excitados, poderiam ser potencialmente estudados.

Como em sua pesquisa anterior " A estrutura química de uma molécula resolvida por microscopia de força atômica "os cientistas da IBM usaram um microscópio de força atômica (AFM) com uma ponta que termina com uma única molécula de monóxido de carbono (CO). Essa ponta oscila com uma pequena amplitude acima da amostra para medir as forças entre a ponta e a amostra, como uma molécula, para criar uma imagem. A terminação CO da ponta atua como uma lupa poderosa para revelar a estrutura atômica da molécula, incluindo seus títulos. Isso tornou possível distinguir ligações individuais que diferem apenas por 3 picômetros ou 3 × 10- ¹² m, que tem cerca de um centésimo do diâmetro do átomo.

Em pesquisas anteriores, a equipe teve sucesso na obtenção de imagens da estrutura química de uma molécula, mas não as diferenças sutis dos laços. A ordem discriminante dos títulos está próxima do limite de resolução atual da técnica e, muitas vezes, outros efeitos obscurecem o contraste relacionado à ordem dos títulos. Portanto, os cientistas tiveram que selecionar e sintetizar moléculas nas quais os efeitos perturbadores de fundo pudessem ser descartados.

To corroborate the experimental findings and gain further insight into the exact nature of the contrast mechanisms, the team performed first-principles density functional theory calculations. Thereby they calculated the tilting of the CO molecule at the tip apex that occurs during imaging. They found how this tilting yields a magnification and the very sharp images of the bonds.