Beruchte verstikkende koolmonoxide heeft weinig echte bewonderaars, maar het heeft de voorkeur van de Universiteit van Californië, Irvine-wetenschappers die het gebruiken om andere moleculen te bestuderen.

Met behulp van een scanning tunneling microscoop, onderzoekers van UCI's Center for Chemistry at the Space-Time Limit gebruikten de diatomische verbinding als een sensor en transducer om monsters te onderzoeken en af ​​te beelden, het verkrijgen van een ongekende hoeveelheid informatie over hun structuren, bindingen en elektrische velden. De bevindingen zijn gepubliceerd in wetenschappelijke vooruitgang .

"We gebruikten deze techniek om in kaart te brengen, met submoleculaire ruimtelijke resolutie, de chemische informatie binnen één molecuul, " zei co-auteur V. Ara Apkarian, CaSTL-directeur en UCI-hoogleraar chemie. "Om de innerlijke werking van de basiseenheden van alle materie te kunnen zien is echt verbazingwekkend, en het is een van de belangrijkste doelstellingen die we bij CaSTL al meer dan tien jaar nastreven."

Om deze resultaten te bereiken, CaSTL-wetenschappers bevestigden een enkel koolmonoxidemolecuul aan het uiteinde van een scherpe zilveren naald in de scoop. Ze verlichtten de punt met een laser en volgden de trillingsfrequentie van de aangehechte CO-binding door het zogenaamde Raman-effect, wat leidt tot veranderingen in de kleur van het licht dat vanaf de kruising wordt verstrooid.

Het effect is zwak, slechts een deel per miljard of zo, volgens Kumar Wickramasinghe, een UCI-hoogleraar elektrotechniek en informatica en veteraan CaSTL-faculteitslid die niet betrokken was bij deze studie. Maar de punt van de naald in de scanning tunneling microscoop werkt als een bliksemafleider, het signaal met 12 orden van grootte te versterken. Door kleine veranderingen in de trillingsfrequentie van de CO-binding vast te leggen terwijl deze gerichte moleculen naderde, de onderzoekers konden moleculaire vormen en eigenschappen in kaart brengen door variaties in elektrische ladingen binnen een molecuul.

De onderzochte moleculen in de experimenten waren metalloporfyrinen, verbindingen die worden aangetroffen in menselijk bloed en chlorofyl van planten die op grote schaal worden gebruikt in displaytechnologieën.

De vastgelegde beelden leverden ongekende details over het beoogde metalloporfyrine, inclusief de lading, intramoleculaire polarisatie, lokale fotogeleiding, atomair opgeloste waterstofbruggen en oppervlakte-elektronendichtheidsgolven - de krachten die de functionaliteit en structurele transformatie van moleculen dicteren. Met andere woorden, scheikunde.

"Professor Apkarian en zijn groep hebben, Voor de eerste keer, een instrument gemaakt dat lokale elektrische velden op submoleculair niveau in kaart kan brengen, " zei Wickramasinghe, WHO, als fellow bij IBM, was een van de belangrijkste uitvinders van 's werelds vroegste atoomkrachtmicroscoop. "De belangrijkste stap die het team heeft gezet, is om het mogelijk te maken om de elektrische veldverdelingen binnen een enkel molecuul in kaart te brengen met behulp van het Raman-effect, dat is een opmerkelijke prestatie."

Volgens hoofdauteur Joonhee Lee, CaSTL-onderzoekschemicus, een van de belangrijkste resultaten van de experimenten was de opheldering van het elektrostatische potentiële oppervlak van het metalloporfyrinemolecuul - in feite, zijn functionele vorm, die tot voor kort een theoretische constructie was geweest. Hij zei dat het vermogen om dit te bepalen bijzonder gunstig zal zijn in toekomstige studies van macromoleculen, zoals eiwitten.

Dit werk is zeer op het gebied van pure, fundamenteel wetenschappelijk onderzoek, Lee merkt op, maar hij denkt dat er in de nabije toekomst enkele praktische toepassingen kunnen zijn voor elektromechanische systemen met één molecuul.

"Micro-elektromechanische systemen worden ingezet in huidige technologieën zoals smartphones. Ze ontlenen hun naam aan de micron-schaal van dergelijke apparaten; één micron is een honderdste van de grootte van een mensenhaar, Lee zei. "Elektromechanische systemen met één molecuul zijn 10, 000 keer kleiner. Stel je voor dat onze geminiaturiseerde apparaten circuits op die schaal zouden gebruiken."