Wissenschaftliche Erstleistung - Differenzierung chemischer Bindungen in einzelnen Molekülen

Mithilfe eine Förderung durch die EU ist jetzt eine wissenschaftliche Erstleistung gelungen. Durch Verwendung der als berührungslose Rasterkraftmikroskopie (AFM) bekannten Technik ist es Wissenschaftlern gelungen, chemische Bindungen in einzelnen Molekülen zu unterscheiden. Je...

Mithilfe eine Förderung durch die EU ist jetzt eine wissenschaftliche Erstleistung gelungen. Durch Verwendung der als berührungslose Rasterkraftmikroskopie (AFM) bekannten Technik ist es Wissenschaftlern gelungen, chemische Bindungen in einzelnen Molekülen zu unterscheiden. Jetzt können Wissenschaftler auf der ganzen Welt die Erforschung von Moleküle und Atomen im kleinsten Maßstab vorantreiben. Dies könnte auch für das Studium von Graphenvorrichtungen wichtig sein, die derzeit von Industrie und Wissenschaft für zahlreiche Anwendungen erkundet werden. Dazu gehören auch drahtlose Kommunikation mit hohen Bandbreiten und elektronische Displays.

Diese Arbeit wurde im Rahmen mehrerer europäischer Projekte wie Interpret, Herodot, CEMAS, vom spanischen Ministerium für Wirtschaft und Wettbewerbsfähigkeit sowie von der Regionalregierung von Galicien finanziert. Die Forschungsergebnisse wurden in der jüngsten Ausgabe der Zeitschrift Science veröffentlicht.

IBM-Wissenschaftler Leo Gross erläutert die Entdeckung: "Wie wir herausgefunden haben, sind zwei Kontrastmechanismen relevant, um die Bindungen mit dem AFM aufzulösen. Der erste basiert auf kleinen Unterschieden in der Kraft, die über den Bindungen gemessen wird. Diese Art von Kontrast hatten wir erwartet, aber es war eine Herausforderung, ihn sichtbar zu machen", sagte er. "Der zweite Kontrastmechanismus war dagegen eine Überraschung. Wir stellten fest, dass sogar die unterschiedlichen Längen der Bindungen in den AFM-Messungen detektiert wurden. Berechnungen ergaben, dass ein seitliches Schwenken des CO-Moleküls an der Spitze der Grund für diesen Kontrast ist."

Die Forscher bildeten die Bindungsordnung und die Länge der einzelnen Kohlenstoff-Kohlenstoff-Bindungen in C60 ab, was auch als Fußballmolekül wegen seiner Ähnlichkeit mit einem Fußball und zwei planaren polyzyklischen aromatischen Kohlenwasserstoffen (PAK) bekannt ist, die kleinen Graphenflocken ähneln. Das erste Fulleren wurde 1985 entdeckt. Das Buckminsterfulleren (C60) wurde zu Ehren des Architekts Buckminster Fuller benannt, da dieses der geodätischen Kuppel glich, für die dieser bekannt geworden war. PAK wurden vom Centro de Investigacion en Quimica Bioloxica e Materiais Moleculares (CIQUS) an der Universidade de Santiago de Compostela, Spanien und am Centre national de la recherche scientifique (CNRS) in Toulouse, Frankreich synthetisiert.

Allerdings sind nicht alle Bindungen gleich. Die einzelnen Bindungen zwischen den Kohlenstoffatomen in diesen Molekülen unterscheiden sich geringfügig in ihrer Länge und Stärke Alle wichtigen chemischen, elektronischen und optischen Eigenschaften solcher Moleküle stehen im Zusammenhang mit den unterschiedlichen Bindungen in polyaromatischen Systemen. Jedoch jetzt wurden diese Unterschiede erstmals sowohl bei individuellen Molekülen als auch bei Bindungen festgestellt.

Dies bedeutet, dass diese Fähigkeit das grundlegende Verständnis auf der Ebene einzelner Moleküle verbessern kann, was für die Forschung an neuartigen elektronischen Vorrichtungen, organischen Solarzellen und organischen lichtemittierenden Dioden (OLEDs) von Bedeutung ist. So könnte man mit dieser Methode untersuchen, wie sich Bindungen in Graphen entlang von Defekten verhalten, oder wie sich Bindungen in Molekülen durch chemische Reaktionen oder in angeregten Zuständen des Moleküls verändern.

Zuvor war das Forscherteam bei der Abbildung der chemischen Struktur eines Moleküls erfolgreich gewesen, jedoch nicht bei den feinen Unterschieden der Bindungen. Eine diskriminierende Bindungsordnung liegt nah an der aktuellen technisch möglichen Auflösungsgrenze und oft verdunkeln andere Effekte verdunkeln den Kontrast in Bezug auf die Bindungsordnung. Daher mussten die Wissenschaftler Moleküle auswählen und synthetisieren, in denen störende Hintergrundeffekte ausgeschlossen werden konnten.

Zur Untermauerung der Versuchsergebnisse und um einen tieferen Einblick in die genaue Art der Kontrastmechanismen zu erhalten, führte das Team Berechnungen mithilfe von Grundprinzipien der Dichtefunktionaltheorie durch. Damit berechneten sie die Neigung des CO-Moleküls an der Spitze, die während der Abbildung auftritt. Sie fanden heraus, wie diese Neigung eine Vergrößerung und sehr scharfe Bilder von den Bindungen ergibt.Weitere Informationen sind abrufbar unter: Science magazine: http://www.sciencemag.org CEMAS: http://www.zurich.ibm.com/

Länder

Schweiz, Spanien, Frankreich