Naar individuele moleculen kijken door een microscoop maakt deel uit van het dagelijks leven van nanotechnologen. Echter, het was tot nu toe moeilijk om atomaire structuren in organische moleculen waar te nemen. In het gerenommeerde wetenschappelijke tijdschrift Fysieke beoordelingsbrieven , Juelich-onderzoekers leggen hun nieuwe methode uit, waardoor ze een "röntgenfoto" in moleculen kunnen maken. De methode kan de analyse van organische halfgeleiders en eiwitten vergemakkelijken.

Voor hun blik in de nanowereld, de Juelich-onderzoekers gebruikten een scanning tunneling microscoop. De dunne metalen punt scant het oppervlak van het preparaat als de naald van een platenspeler en registreert de atomaire onregelmatigheden en verschillen van ongeveer een nanometer (een miljardste van een millimeter) met minuscule elektrische stroompjes. Echter, ook al heeft de punt van de microscoop slechts de breedte van een atoom, het is tot nu toe niet in staat geweest om in moleculen te kijken.

"Om de gevoeligheid voor organische moleculen te vergroten, we plaatsen een sensor en signaaltransducer op de punt, " zegt Dr. Ruslan Temirov. Beide functies worden vervuld door een klein molecuul dat bestaat uit twee deuteriumatomen, ook wel zware waterstof genoemd. Omdat het aan de punt hangt en kan worden verplaatst, het volgt de contouren van het molecuul en beïnvloedt de stroom die uit de punt van de microscoop vloeit. Een van de eerste moleculen die Temirov en collega's bestudeerden, was de peryleentetracarbonzuurdianhydrideverbinding. Het bestaat uit 26 koolstofatomen, acht waterstofatomen en zes zuurstofatomen vormen zeven onderling verbonden ringen. Op eerdere afbeeldingen was alleen een vlek te zien met een diameter van ongeveer een nanometer en zonder contouren. Net als een röntgenfoto, de Juelich scanning tunneling microscoop toont de honingraatstructuur van het molecuul, die wordt gevormd door de ringen.

"Het is de opmerkelijke eenvoud van de methode die het zo waardevol maakt voor toekomstig onderzoek, " zegt prof. Stefan Tautz, Directeur van het Instituut voor Bio- en Nanosystemen van Forschungszentrum Juelich. De Juelich-methode is als patent ingediend en kan gemakkelijk worden gebruikt met commerciële scanning tunneling microscopen. "De ruimtelijke afmetingen in moleculen kunnen nu binnen enkele minuten worden bepaald, en de voorbereiding van het monster is voornamelijk gebaseerd op standaardtechnieken, " zegt Tautz. In de volgende stap, de Jülich-wetenschappers zijn van plan om ook de gemeten stroomsterkte te kalibreren. Als ze succesvol zijn, aan de hand van de gemeten stroomsterkten kan het type atomen direct worden bepaald.

Na het publiceren van de eerste afbeeldingen die met de nieuwe methode in 2008 zijn geproduceerd, de onderzoeksgroep van Tautz en Temirov heeft nu het kwantummechanische werkingsprincipe van het deuterium aan de punt van de microscoop kunnen verklaren. Hun resultaten werden ondersteund door computerondersteunde berekeningen door de werkgroep van Prof. Michael Rohlfing aan de Universiteit van Osnabruck. De zogenaamde Pauli-afstoting op korte afstand is een kwantum-fysische kracht tussen het deuterium en het molecuul die de geleidbaarheid moduleert en ons in staat stelt om de fijne structuren zeer gevoelig te meten.

De Juelich-methode kan worden gebruikt om de structuur en ladingsverdeling te meten van platte moleculen die kunnen worden gebruikt als organische halfgeleiders of als onderdeel van snelle en efficiënte toekomstige elektronische apparaten. Grote driedimensionale biomoleculen zoals eiwitten kunnen worden onderzocht zodra de technieken zijn verfijnd.