Ученым впервые удалось сфотографировать водородные связи - достаточно слабый тип связей, который, тем не менее, определяет физико-химические свойства многих веществ. Работа исследователей появилась в журнале Journal of the American Chemical Society, коротко о ней пишет New Scientist.
Водородные связи образуются между атомом водорода, связанным с так называемым электроотрицательным атомом (например, кислородом или фтором), и другим электроотрицательным атомом той же или соседней молекулы. Электроотрицательные атомы способны "перетягивать" в свою сторону электроны своих соседей, например водорода. При этом водород приобретает частичный положительный заряд и начинает взаимодействовать с находящимся неподалеку электроотрицательным атомом, который несет частичный отрицательный заряд, - образуется водородная связь.
Авторы новой работы изначально не планировали визуализировать эти связи - они занимались изучением сложной органической молекулы PTCDA (перилен-3,4,9,10-тетракарбон-3,4,9,10-диангидрид) при помощи метода сканирующей туннельной микроскопии (СТМ). Эта технология позволяет определять "рельеф" изучаемых объектов за счет так называемого туннельного эффекта. Этим термином называют способность электрона преодолевать энергетический потенциальный барьер между двумя областями пространства (туннелирование - это явление квантовой природы, невозможное в классической механике).
При проведении СТМ над изучаемым объектом на высоте нескольких ангстрем (один ангстрем - это 10-10 метра) скользит игла микроскопа, на которую подается ток. При этом происходит туннелирование электронов, причем их количество зависит от расстояния от иглы до объекта. В своих предыдущих работах авторы выяснили, что разрешение итоговых изображений повышается, если между иглой и исследуемой поверхностью поместить охлажденный водород.
В ходе нового исследования ученые выяснили, что добавление водорода также позволяет увидеть водородные связи между молекулами PTCDA - на иллюстрации к новости они показаны зеленым цветом. На данный момент специалисты не могут объяснить природу наблюдаемого эффекта и собираются заняться соответствующими исследованиями в ближайшее время.
Недавно другой коллектив ученых опубликовал работу, в которой описано еще одно достижение в технологии микроскопии. Используя атомный силовой микроскоп, исследователи смогли предсказать пространственную структуру молекулы - то есть определить, как именно в ней расположены атомы.