Je leest:

Inzoomen op de atoomschaal

Inzoomen op de atoomschaal

Onderzoekers van IBM (Zürich) en de Universiteit Utrecht hebben met een atomic force-microscoop voor het eerst de chemische structuur van een molecuul in beeld gebracht op een atomaire schaal. Deze techniek schept nieuwe mogelijkheden voor het begrijpen van het gedrag van moleculen en het verkennen van minuscule elektronische schakelingen. De wetenschappers publiceerden hun resultaten 27 augustus in het toonaangevende tijdschrift Science.

De laatste jaren is er flinke vooruitgang geboekt in het analyseren van nanostructuren op atomaire schaal met atomic force-microscopie (AFM). Het in beeld brengen van een heel molecuul met een atomaire resolutie was echter nog niet gelukt.

De wetenschappers gebruiken hiervoor een atomic force-microscoop in een extreem hoog vacuüm bij een zeer lage temperatuur van -268 graden Celsius. Een scherpe metalen punt scant een oppervlak en meet daarbij de kleine krachten tussen de punt en het molecuul, een techniek die al langer toegepast wordt.

Voor dit onderzoek hebben de wetenschappers de gevoeligheid van de punt vergroot door er een koolmonoxide-molecuul aan te bevestigen.

Een extreem scherpe punt van de AFM met daaraan vast een koolstofmonoxide-molecuul scant een pentaceenmolecuul. Hieruit ontstaat een beeld van de ruggengraat van het molecuul (het gekleurde oppervlak).
IBM Research, Zurich.

Ruggengraat van een molecuul

Met het aangepaste instrument maakten ze afbeeldingen van pentaceenmoleculen en zagen daarbij voor het eerst de ruggengraat van een individueel molecuul. Het organisch molecuul is slechts 0,14 nanometer lang, ongeveer een half miljoen keer zo klein als de diameter van een menselijke haar. Het molecuul bestaat uit 22 koolstofatomen en 14 waterstofatomen die samen vijf ringen vormen. Op de afbeelding zijn zowel de posities van de koolstof- als de waterstofatomen af te leiden. Ook is ook de elektronendichtheid tussen de atomen te zien, die de chemische bindingen vormen.

Beeld van een pentaceenmolecuul gemaakt met de AFM. Duidelijk zijn de zeshoekige ringen. Op elke hoek zit een koolstofatoom en de uitsteeksels aan de buitenkant representeren de posities van de waterstofatomen.
Illustratie: IBM Research, Zurich.

Minuscule schakelingen

“Dit is de eerste keer dat we elk atoom in een individueel organisch molecuul kunnen visualiseren”, zegt Peter Liljeroth, onderzoeker aan de Universiteit Utrecht. “Deze techniek vormt een belangrijk gereedschap in diverse gebieden van wetenschap en techniek: van het begrijpen van de relatie tussen de structuur en het gedrag van moleculen tot het verkennen van bouwstenen voor toekomstige elektronische schakelingen op atomaire en moleculaire schaal.”

De AFM staat in kwestie staat op het laboratorium in Zürich, maar volgens Liljeroth heeft de AFM op de Universiteit Utrecht ondertussen dezelfde mogelijkheden.

Bron: “The Chemical Structure of a Molecule Resolved by Atomic Force Microscopy”, L. Gross, F. Mohn, N. Moll, P. Liljeroth, G. Meyer, Science, 28 augustus 2009.

Lees meer op Kennislink:

Dit artikel is een publicatie van Universiteit Utrecht (UU).
© Universiteit Utrecht (UU), alle rechten voorbehouden
Dit artikel publiceerde NEMO Kennislink op 28 augustus 2009

Discussieer mee

0

Vragen, opmerkingen of bijdragen over dit artikel of het onderwerp? Neem deel aan de discussie.

NEMO Kennislink nieuwsbrief
Ontvang elke week onze nieuwsbrief met het laatste nieuws uit de wetenschap.