(Phys.org) —Los científicos de IBM han podido diferenciar los enlaces químicos en moléculas individuales por primera vez utilizando una técnica conocida como microscopía de fuerza atómica sin contacto (AFM).

Los resultados impulsan la exploración del uso de moléculas y átomos en la escala más pequeña y podrían ser importantes para estudiar los dispositivos de grafeno. que actualmente están siendo explorados tanto por la industria como por la academia para aplicaciones que incluyen comunicaciones inalámbricas de gran ancho de banda y pantallas electrónicas.

"Encontramos dos mecanismos de contraste diferentes para distinguir los enlaces. El primero se basa en pequeñas diferencias en la fuerza medida por encima de los enlaces. Esperábamos este tipo de contraste, pero fue un desafío resolverlo". ", dijo el científico de IBM Leo Gross." El segundo mecanismo de contraste realmente fue una sorpresa:aparecieron enlaces con diferentes longitudes en las mediciones de AFM. Con la ayuda de cálculos ab initio, encontramos que la inclinación de la molécula de monóxido de carbono en el ápice de la punta es la causa de este contraste ".

Como se informó en el artículo de portada de la edición del 14 de septiembre de Ciencias revista, Los científicos de IBM Research obtuvieron imágenes del orden de enlace y la longitud de los enlaces carbonocarbono individuales en C ₆₀ , también conocido como buckyball por su forma de balón de fútbol y dos hidrocarburos aromáticos policíclicos (PAH) planos, que se asemejan a pequeñas escamas de grafeno. Los PAH fueron sintetizados por el Centro de Investigación en Química Biolóxica e Materiais Moleculares (CIQUS) de la Universidade de Santiago de Compostela y el Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS) en Toulouse.

Los enlaces individuales entre los átomos de carbono en tales moléculas difieren sutilmente en su longitud y fuerza. Todo el químico importante electrónico, y las propiedades ópticas de tales moléculas están relacionadas con las diferencias de enlaces en los sistemas poliaromáticos. Ahora, por primera vez, estas diferencias se detectaron tanto para moléculas individuales como para enlaces. Esto puede aumentar la comprensión básica a nivel de moléculas individuales, importante para la investigación de nuevos dispositivos electrónicos, células solares orgánicas, y diodos emisores de luz orgánicos (OLED). En particular, la relajación de los enlaces alrededor de los defectos en el grafeno, así como el cambio de enlaces en las reacciones químicas y en los estados excitados, podría potencialmente estudiarse.

Como en su investigación anterior " La estructura química de una molécula resuelta por microscopía de fuerza atómica "Los científicos de IBM utilizaron un microscopio de fuerza atómica (AFM) con una punta que termina con una sola molécula de monóxido de carbono (CO). Esta punta oscila con una amplitud minúscula por encima de la muestra para medir las fuerzas entre la punta y la muestra, como una molécula, para crear una imagen. La terminación de CO de la punta actúa como una poderosa lupa para revelar la estructura atómica de la molécula, incluyendo sus bonos. Esto hizo posible distinguir enlaces individuales que difieren solo en 3 picómetros o 3 × 10- ¹² metro, que es aproximadamente una centésima parte del diámetro de un átomo.

En investigaciones anteriores, el equipo logró obtener imágenes de la estructura química de una molécula, pero no las sutiles diferencias de los lazos. El orden de los enlaces discriminatorios está cerca del límite de resolución actual de la técnica y, a menudo, otros efectos oscurecen el contraste relacionado con el orden de los enlaces. Por lo tanto, los científicos tuvieron que seleccionar y sintetizar moléculas en las que se pudieran descartar efectos de fondo perturbadores.

Para corroborar los hallazgos experimentales y obtener más información sobre la naturaleza exacta de los mecanismos de contraste, the team performed first-principles density functional theory calculations. Thereby they calculated the tilting of the CO molecule at the tip apex that occurs during imaging. They found how this tilting yields a magnification and the very sharp images of the bonds.