Впервые в истории науки ученым удалось получить изображения сложных органических молекул, на которых можно увидеть отдельные атомы и межатомные связи. И, следует отметить, что эти изображения весьма походят на изображения, которые каждый из нас видел в учебнике химии.

До последнего времени ученые могли выводить структуру сложных молекул только теоретически, но используя методы атомно-силовой микроскопии (atomic force microscopy), удалось сделать изображения молекул, атомов и отдельных межатомных связей, каждая из которых имеет длину в одну десятимиллионную долю миллиметра.

Рис. 1.

Проводя свои эксперименты, Феликс Фишер (Felix Fischer), ученый-химик из Калифорнийского университета в Беркли, и его коллеги собирались заняться сбором наноструктур из графена, однослойного материала, состоящего из атомов углерода.

Во время построения углеродной сотоподобной структуры графена некоторые химические превращения могли стать причиной появления побочных продуктов, которые могут вмешаться и нарушить ход проводимого эксперимента. Для того, чтобы проконтролировать то, что все происходит правильно, Фишеру и его команде потребовалась необходимость визуализации получаемых молекул.

Рис. 2.

Для того, чтобы проконтролировать процесс «приготовления» графеновых структур, Фишер использовал один из самым мощных инструментов, которые имеются сейчас в распоряжении людей. Этим инструментом является атомно-силовой микроскоп, находящийся в лаборатории физики Калифорнийского университета, которой руководит Майкл Кромми (Michael Crommie). Этот микроскоп использует очень тонкий наконечкик, заточенный до атомной толщины, который измеряет силы электрической природы, производимые движением электронов атомов и молекул. Когда наконечник перемещается вдоль исследуемого объекта, на него оказывают воздействие силы различной величины и отклонение наконечника является теми данными, из которых создается изображение объекта.

Рис. 3.

Для контроля хода химических превращений ученые поместили изначальные молекулы, имеющие в своем составе кольцевидную углеродную структуру на поверхность серебряной химической чашки и нагрели это до такой температуры, когда структура молекул не начала видоизменяться. Последующее охлаждение позволило приостановить превращения молекул, остановить их движение и рассмотреть с помощью микроскопа получившиеся вещества.

Оказалось, что вместо одного вида молекул, которые должны были получиться с теоретической точки зрения в результате превращений, в чашке обнаружились еще три вида побочных продуктов, появления которых опасались ученые, планируя свой эксперимент.

Рис. 4.

Благодаря использованию мощного микроскопа, ученым удалось получить более детальные снимки молекул, чем они ожидали. На этих снимках оказались видны атомы углерода, атомы водорода и электронные межатомные связи.

Рис. 5.