Teknik kaldıraç! Moleküllerin yük durumlarını değiştirdiği süreci ilk kez görüntüleme
IBM Araştırma Merkezi'nden (Zürih, ExxonMobil Araştırma ve Mühendislik ve San Diego Üniversitesi) bir araştırma ekibi, moleküllerin şarj durumlarını değiştirdiği süreci ilk kez görüntüledi. Science'da yayınlanan bir araştırma makalesinde, araştırma ekibi bu görüntüleri nasıl oluşturduklarını ve gördüklerini anlattı. Bir süredir bilim adamları bir molekül yüklendiğinde işlevinin ve yapısının değişeceğini biliyorlardı, ancak şimdiye kadar gerçek süreç görülmedi.
Bu yeni çalışmada araştırmacılar, şarj işlemi sırasında değişen dört moleküler görüntüyü (azobenzen, pentadien, TCNQ ve porfirin) haritaladılar. Çalışmalar, moleküler şarjın enerji iletimi ve ışık dönüşümü gibi çok önemli birçok biyolojik sürecin özü olduğunu göstermiştir.
Bu nedenle, gerçekleştiğinde neye benzediğini gözlemlemek çok önemlidir. Bu görüntüleri yapmak için, araştırmacılar ayrı ayrı molekülleri ayrı bir NaCl film üzerine yerleştirdiler ve daha sonra, elektronları prob ucundan moleküle aktarmak için çok soğuk bir vakumda yüksek çözünürlüklü bir atomik kuvvet mikroskobu kullandılar.
Görüntüleme için karbon monooksijen fonksiyonelleştirilmiş problar kullanılarak, her molekül dört durumda görüntülenir: pozitif, nötr, negatif ve çift negatif (artı iki elektron). Araştırmacılar, tüm moleküllerin yapısal değişikliklerini gözlemlediler ve her molekülün farklı bir şekilde değiştiğini buldular. Örnek olarak penteni alan araştırma ekibi, molekülün hangi alanlarının daha reaktif olduğunu keşfetti. TCNQ ile araştırmacılar, moleküldeki atomlar arasındaki bağlardaki değişiklikleri gözlemlediler ve ayrıca bunun tabana göre hareketini fark ettiler. Araştırmacılar, porfirin kimyasal bağının türü ve uzunluğundaki değişiklikleri gözlemleyerek, porfirinin biyolojik süreçlerde hayati bir rol oynadığına da dikkat çekti.
Porfirin, hemoglobinin organizmada oksijen taşıma sürecinde yer alır ve yüklü bir moleküle ne olduğunu görebilmek, tüm taşıma sürecinin nasıl yürütüldüğünü daha iyi anlamaya yardımcı olur. Araştırma ekibi ayrıca, görüntüleme moleküler yük durumları gibi teknolojilerin kullanımının yeni materyallerin ve yeni ekipmanın geliştirilmesine yardımcı olacağını ve genel doğa anlayışımızı geliştireceğini öne sürdü. Bir molekülün şarj durumu, konformasyon, reaktivite ve aromatiklik gibi fiziksel ve kimyasal özelliklerini belirler ve yüzey sentezi, kataliz, ışık dönüşümü ve moleküler elektroniğin uygulanmasında büyük önem taşır. Yalıtıcı çok katmanlı sodyum klorür (NaCl) filminde, organik moleküllerin şarj durumu atomik kuvvet mikroskobu ile kontrol edilir.
Yapı nötr, katyon, anyon ve çift anyon durumlarına ayrıştırılır ve karbon monoksit (CO) işlevselleştirilmiş problar atomik çözünürlük ve bağ dizisi çözünürlüğü elde etmek için kullanılır. Çeşitli yük durumları altında azobenzen, tetrasiyanodimetan ve pentadienin konformasyonunda, adsorpsiyon geometrisinde ve bağ dizisi ilişkilerinde meydana gelen değişiklikler tespit edilmiştir. Ek olarak, makrosiklik halkadaki aromatiklik ve konjugasyon yolaklarındaki yük durumuna bağlı değişiklikler de incelenmiştir. Bu araştırma, çok çeşitli yük durumlarında tek moleküllerin kimyasal yapı değişikliklerini incelemenin yeni bir yolunu açtı.
