Исследование разрыва молекулярных связей
 Ученые из США нашли способ исследовать проводимость и силу одиночного молекулярного соединения. (кликните картинку для увеличения) |
|
||||||||
В молекулярной электрической цепи одна единственная молекула оказывается связана с металлическим электродом, и связь между этими двумя составляющими определяется вкладом двух компонент: физической и электрической. Уже достаточно давно исследователи нашли способ получать детальную информацию об электрической составляющей связи, однако, до сих пор физическая составляющая оставалась слабо изучена.
Для решения этой проблемы совместная группа ученых из Columbia University и Brookhaven National Laboratories (США) разработала методику одновременного раздельного измерения физической и электрической составляющих. В своей работе, детали которой опубликованы в журнале Nano Letters, они измеряли максимальное механическое напряжение, которое может выдержать подобное соединение. Измерения показали, что эта величина систематически меняется, в зависимости от химического характера молекулы, формирующей молекулярную цепь. К примеру, цепь, состоящая из ароматической молекулы пиридина, выдерживает механическое напряжение на 60% превышающее максимальный параметр для цепи из молекулы бензолдиамина. По мнению ученых, это связано с тем, что пара электронов, отвечающая за формирование связи в пиридине, находятся «на поверхности» электронного облака, в то время, как в случае с бензолдиамином связь формируется электронными состояниями, делокализованными в пи-облаке.
Для формирования единственного соединения между исследуемой молекулой и поверхностью металла, команда использовала атомно-силовой микроскоп (atomic force microscope, AFM). С его помощью формировалась цепочка, состоящая из покрытого золотом острия микроскопа, молекулы и золотой поверхности, на которую заранее было напылено некоторое количество отдельно стоящих молекул (все эти молекулы включали в себя амин- или пиридин- группы, помогающие им крепиться на золотом основании).
Исследователи измеряли ток через получившийся контакт, одновременно отводя острие микроскопа от поверхности и измеряя изгиб кантиливера, на котором располагалось острие. Это позволяло вычислить механическое усилие связи. В последствие команда разработала двумерную методику статистической оценки измерений при помощи гистограмм. В результате были вычислены средние «разрывные» силы между 0,8 наноньютонов и 0,5 наноньютонов (для пиридина и бензолдиамина, соответственно).
Новые исследования будут полезны не только в наноэлектронике будущего; они также дают новые данные о молекулярных соединениях и роли механического напряжения при разрыве молекулярных связей. А методика измерения одновременно двух вкладов в молекулярную связь, дает в два раза больше новой информации о формируемых связях.
В ближайшем будущем команда планирует исследования роли тепловых флуктуаций в разрыве молекулярных связей. Кроме того, они пытаются понять, как электрические свойства коррелируют с максимально допустимыми механическими напряжениями.
Также по теме:
- Наночастицы позволят эффективно превращать тепло в электричество
- Химическая связь, стабилизирующая молекулы белков одновременно с водородной связью
Источники: