El oxígeno es muy reactivo. Se acumula en muchas superficies y determina su comportamiento químico. En la Universidad Tecnológica de Viena, Los científicos estudian la interacción entre el oxígeno y las superficies de óxido metálico. que juegan un papel importante en muchas aplicaciones técnicas, desde sensores químicos y catalizadores hasta electrónicos.

Sin embargo, Es extremadamente difícil estudiar las moléculas de oxígeno en la superficie del óxido metálico sin alterarlas. En TU Wien, esto se ha logrado ahora con un truco especial:un solo átomo de oxígeno se une a la punta de un microscopio de fuerza atómica y luego se guía suavemente a través de la superficie. Se mide la fuerza entre la superficie y el átomo de oxígeno, y se toma una imagen con una resolución extremadamente alta. Los resultados ya se han publicado en la revista. PNAS .

Diferentes tipos de oxigeno

"En años recientes, Se ha investigado bastante sobre cómo el oxígeno se adhiere a las superficies de óxido metálico, "dice el profesor Martin Setvin del Instituto de Física Aplicada en TU Wien." ¿Las moléculas de O2 permanecen intactas, ¿O se descomponen en átomos individuales? ¿O podría ser posible que se forme el llamado tetraoxígeno, un complejo de cuatro átomos? Estas preguntas son importantes para comprender las reacciones químicas en la superficie del óxido metálico ".

Desafortunadamente, no es fácil tomar una fotografía de estos átomos. Los microscopios de barrido de túnel se utilizan a menudo para obtener imágenes de superficies átomo por átomo. Se pasa una punta fina sobre la muestra a una distancia extremadamente corta, de modo que los electrones individuales puedan pasar entre la muestra y la punta. Se mide la pequeña corriente eléctrica resultante. Sin embargo, este método no se puede utilizar para moléculas de oxígeno, ya que se cargarían eléctricamente y cambiarían por completo su comportamiento.

En su lugar, los científicos de Viena utilizaron un microscopio de fuerza atómica. Aquí también, una punta fina se mueve a través de la superficie. En este caso, no fluye corriente, pero se mide la fuerza que actúa entre la punta y la superficie. Un truco especial fue decisivo:la funcionalización de la punta:"Un solo átomo de oxígeno es capturado primero por la punta del microscopio de fuerza atómica y luego se mueve a través de la superficie, "explica Igor Sokolovic. El átomo de oxígeno sirve así como una sonda muy sensible para examinar la superficie punto por punto.

Dado que no fluye corriente y el átomo de oxígeno nunca entra en contacto completo con la superficie, este método es extremadamente suave y no cambia los átomos en la superficie del óxido metálico. De este modo, La geometría de los depósitos de oxígeno sobre el óxido metálico puede examinarse en detalle.

Un método versátil

"Esta funcionalización de la punta colocando un átomo muy específico sobre ella se ha desarrollado en los últimos años, y ahora mostramos por primera vez que se puede aplicar a superficies de óxido metálico, "dice Setvin.

Resulta que las moléculas de oxígeno se pueden unir al óxido metálico de diferentes maneras, ya sea en los átomos de titanio en la superficie o en ciertas posiciones. donde falta un átomo de oxígeno. Dependiendo de la temperatura, las moléculas de oxígeno se pueden dividir en dos átomos de oxígeno individuales. Sin embargo, no se encontró tetraoxígeno, un complejo hipotético de cuatro átomos de oxígeno.

"Las superficies de óxido de titanio que examinamos de esta manera son un caso prototipo para poner a prueba este método, "explica Martin Setvin." Pero los conocimientos que obtenemos de nuestros experimentos también se aplican a muchos otros materiales ". La microscopía con una punta funcionalizada en un microscopio de fuerza atómica es un método versátil para obtener imágenes de una estructura de superficie con resolución atómica sin destrucción y sin componentes electrónicos. cambio.