V osmdesátých letech získali vědci Gerd Binnig a Heinrich Rohrer z curyšského výzkumného centra společnosti IBM Nobelovu cenu za řádkovací tunelový mikroskop - poprvé dokázali pod mikroskopem pozorovat jednotlivé atomy.
O více než dvacet let později na ně nyní navázali jejich kolegové ze stejné instituce, která už mimochodem nese jméno Binniga i Rohrera. Jejich nástupci nyní posunuli rozlišovací schopnosti mikroskopu pracujícího na principu atomárních sil ještě dále. Dokázali pod mikroskopem odlišit nejen jednotlivé atomy, ale přímo jednotlivé chemické vazby v molekulách, které se z těchto atomů skládají. Jejich objev je dostal až na zářijovou obálku prestižního vědeckého časopisu Science s článkem Bond-Order Discrimination by Atomic Force Microscopy (abstrakt v angličtině).
Tým vědců v Zurichu: Diego Pena, Alejandro Criado and Enrique Guitián (zleva)
pseudo-3D reprezentace hexabenzocoronenu pomocí mkroskopie atomárních sil (AFM)
Kam světlo nemůže
Když je řeč o mikroskopu, je to maličko zavádějící, protože většina lidí si představí optické zařízení. Na atomární a subatomární úrovni už ale výzkumníkům světlo nepomůže (podobně jako v případě nanotisku, o kterém jsme psali nedávno). Namísto toho se vědci soustředí na různé způsoby využití superostrého hrotu, který jemnými pohyby přibližují ke zkoumanému materiálu (případně pohybují vzorkem) a měří nepatrné změny způsobené atomárními silami.
Fabian Mohn vysvětluje princip AFM a přibližuje podstatu inovace pro přesnou detekci vazeb
Mikroskop, s jehož pomocí vědci IBM sestavili obraz jednotlivých vazeb mezi atomy uhlíku
"V tomto případě jsme využili takový trik, při kterém jsme na ostrý měděný hrot umístili jedinou molekulu oxidu uhelnatého, tedy jeden atom uhlíku a jeden atom kyslíku. Naklánění této molekuly nám poté poskytlo dostatek měřitelných údajů k tomu, abychom mohli postupně vyobrazit všechny vazby mezi atomy ve zkoumané molekule," vysvětlil nám Fabian Mohn přímo v laboratoři, kde experiment s kolegy připravil a uskutečnil.
Měření interakce molekuly CO s atomy vzorku při různé konfiguraci (vzdálenost d od kyslíkového atomu ke vzorku)
Bond-Order Discrimination by Atomic Force Microscopy
"Na konci hrotu našeho mikroskopu je jediná molekula oxidu uhelnatého. Přibližováním a oddalováním hrotu pak získáme obraz ještě s lepším rozlišením. A pak můžeme přistoupit ke snímání této pentacenové molekuly, kde můžeme přesně pozorovat jednotlivé šestiúhelníkové formace jednotlivých atomů v molekule," neskrýval nadšení doktor Mohn. Zvláště hrdý byl na přesné zobrazení jednotlivých vazeb, které skutečně odpovídají chemickým modelům, jak je znají studenti středních škol - šestiúhelníky atomů uhlíku jako podle nanopravítka.
Výzkum také ukázal, že jednotlivé vazby mezi atomy se mírně liší co do jejich délky i síly. Poprvé jsou tyto rozdíly zaznamenatelné zcela konkrétně a čitelně u molekul i jednotlivých vazeb. To by mohlo mít dopady na efektivitu výroby OLED displejů, které využívají organických sloučenin.
Letošní výzkum úspěšně navázal na předchozí studii (publikovanou v Science roku 2009), ve které se sice podařilo pomocí "triku" s oxidem uhelnatým detekovat vazby v molekule, ale nikoli je odlišit na základě těchto mírných rozdílů.
Od nanotechnologie k velkému třesku nebo rychlým pamětem
Objev může pomoci lépe pochopit samotnou chemickou i fyzikální podstatu jednotlivých molekul. Poznatky chce IBM využít například při vývoji superrychlých procesorů a pamětí nové generace.
"Přesně tohle je výzkum, který se dostane do učebnic," míní Tomáš Tůma, český absolvent MatFyzu, který v IBM pracuje na doktorské disertaci také v oblasti nanotechnologií. Ví také, že nejde jen o teorii - i on pracuje v týmu, který řeší nasazení výsledků nanotechnologického výzkumu v praxi. Konkrétně v superrychlých paměťových modulech, které by místo se záznamem typu flash pracovaly se změnou krystalické struktury materiálu (phase change memory).
Tomáš Tůma pracuje v Zurichu na svém doktorském výzkumu v oblasti nanotechnologií
Společnost IBM také novinářům představila svoji další velkou výzvu: Square Kilometre Array, ohromný projekt Austrálie a Nového Zélandu, který chce ohromnou sítí (1 km²) teleskopů nahlédnout co nejblíže k počátku vesmíru. Z antén poteče do počítačů každou vteřinu mnohonásobně více dat, než kolik se jich pohybuje na celé internetové síti. I tady se upotřebí rychlé a úsporné paměti. Pokud si tedy nechtějí vědci vedle observatoře postavit vlastní jadernou elektrárnu.
Zdroje a další odkazy:
|
