Student World

***tisková zpráva společnosti IBM

Expertům z IBM se poprvé podařilo rozlišit chemické vazby v jednotlivých molekulách pomocí metody známé pod názvem bezkontaktní mikroskopie atomárních sil (AFM). Tyto výsledky posouvají výzkum používání molekul a atomů do oblasti nejmenších rozměrů. Mohly by být důležité při studiu grafenových zařízení, jimiž se v současné době zabývají jak vědci z průmyslového odvětví, tak i výzkumníci z univerzit s cílem uplatnit je např. při vysokorychlostní bezdrátové komunikaci a v elektronických displejích.

„Přišli jsme na dva různé kontrastní mechanismy pro rozlišení vazeb. První spočívá v měření malého rozdílu sil nad vazbami. To jsme sice očekávali, ale byl to velký oříšek,“ prohlásil odborník IBM Leo Gross. „Na druhý kontrastní mechanismus jsme narazili čistě náhodou. Při měření pomocí AFM vykazovaly vazby rozdílné délky. Pomocí opětovných výpočtů jsme zjistili, že příčinou tohoto rozdílu je ohnutí molekuly oxidu uhelnatého na konci hrotu mikroskopu.“

Jak napsali v časopisu Science ze 14. září, pozorovali vědci z IBM Research násobnost a délku uhlíkových vazeb v molekule C₆₀, která je též známá pod anglickým označením „buckyball“ kvůli tvaru fotbalového míče a ve dvou plošných polycyklických aromatických uhlovodících (PAH), které vypadají jako malé vločky grafenu.

Jednotlivé vazby mezi atomy uhlíku se v těchto molekulách nepatrně liší svou délkou a silou. Veškeré důležité chemické, elektronické a optické vlastnosti těchto molekul se odvíjejí od rozdílů vazeb v polyaromatických systémech. Tyto rozdíly byly nyní poprvé odhaleny u jednotlivých molekul i vazeb. Tento poznatek může rozšířit základní chápání na úrovni jednotlivých molekul, což hraje významnou roli při výzkumu nových elektronických zařízení, organických solárních článků a organických světelných diod OLED. Zvláště pak bylo pozorováno uvolňování vazeb v okolí defektů v grafenu a změna vazeb při chemických reakcích a v excitovaných stavech.

Vědci z IBM ve svém dřívějším výzkumu použili mikroskop atomárních sil (AFM) s hrotem, který je zakončen jedinou molekulou oxidu uhelnatého (CO). Hrot osciluje s miniaturní amplitudou nad pozorovaným vzorkem. Tím se měří síly mezi hrotem a vzorkem (např. molekulou) a vytváří se obraz. Zakončení hrotu oxidem uhelnatým funguje jako silná lupa, která odhaluje atomární strukturu molekuly včetně jejích vazeb. Díky tomu mohli vědci detekovat jednotlivé vazby, které se liší pouhými 3 pikometry neboli 3 × 10-12 metru, což představuje asi jednu setinu průměru atomu. Dříve se výzkumnému týmu podařilo zobrazit chemickou strukturu molekuly, ale nepatrné rozdíly vazeb nikoliv. Rozpoznání násobnosti vazeb se přibližuje k hranicím současné rozlišovací schopnosti této metody a rozdíl mezi těmito vazbami také často zastírají jiné vlivy. Vědci proto museli vybrat a syntetizovat molekuly, u nichž bylo možné tyto rušivé vlivy vyloučit.

IBM a nanotechnologie
Vědci se pokoušejí „vidět“ atomy a molekuly a manipulovat s nimi, aby prohloubili lidské poznání a posunuli hranice výrobních možností na úroveň nanometrů. IBM je průkopníkem nanovědy a nanotechnologií od roku 1981, kdy vědci z IBM Research v Curychu Gerd Binnig a Heinrich Rohrer vyvinuli řádkovací tunelový mikroskop.

Za tento vynález, který umožnil zobrazení jednotlivých atomů a později manipulaci s nimi, získali Binnig a Rohrer v roce 1986 Nobelovu cenu za fyziku. Binnig dále v roce 1986 vyvinul AFM, potomka řádkovacího tunelového mikroskopu (STM). STM je obecně považován za nástroj, který otevřel dveře do nanosvěta.

Minulý rok bylo v curyšském kampusu IBM Research otevřeno nové středisko „Binnig and Rohrer Nanotechnology Center“ pro spolupráci v nanovýzkumu na světové úrovni. Toto středisko je součástí strategického partnerství v oblasti nanotechnologií se švýcarskou ETH v Curychu, jednou z předních technických univerzit v Evropě.

autor