Ett team av forskare från IBM Research–Zurich, ExxonMobil Research and Engineering Company och Universidade de Santiago de Compostela har, för första gången, avbildade molekyler när de ändrar laddningstillstånd. I deras papper publicerad i tidskriften Vetenskap , gruppen beskriver hur de skapade bilderna och vad de såg.

Forskare har sedan en tid tillbaka vetat att molekyler förändras när de laddas, både i funktion och struktur. Men tills nu, de har inte kunnat se det i aktion. I denna nya ansträngning, forskarna har gjort bilder av fyra molekyler - azobensen, pentacen, TCNQ och porfin – eftersom de genomgick förändringar på grund av laddning. De noterar att molekylär laddning är själva hjärtat av många mycket viktiga biologiska processer, såsom energitransport och fotokonvertering – alltså, att observera hur det ser ut när det händer är mycket viktigt.

För att skapa bilderna, forskarna placerade en enda molekyl på en isolerad NaCl-film och använde sedan högupplöst atomkraftsmikroskopi i en mycket kall vakuummiljö för att överföra en enda elektron från sondspetsen till molekylen. Avbildning utfördes med användning av kolmonoxidfunktionaliserade spetsar. Var och en av molekylerna avbildades i fyra tillstånd:positiv, neutral, negativ och dubbelnegativ (tillsats av två elektroner).

Forskarna observerade strukturella förändringar i alla molekyler, och att var och en förändrades på ett annat sätt än de andra. Med pentacen, till exempel, teamet såg vilka områden av molekylen som blev mer reaktiva. Med TCNQ, de observerade förändringar i bindningarna mellan atomerna i molekylen – och de noterade också att den rörde sig i förhållande till sin bas. Och med porfin, de observerade förändringar i typerna av bindningar och deras längder. De noterade också att porfin, särskilt, spelar en avgörande roll i biologisk bearbetning - det är involverat i processen för hemoglobin som transporterar syre i levande organismer. Att kunna se vad som händer med en molekyl när den laddas kan hjälpa till att bättre förstå hur hela transportprocessen fungerar. Teamet föreslår vidare att användning av tekniker som avbildning av molekylära laddningstillstånd kommer att hjälpa till med utvecklingen av nya material och enheter – och kommer att förbättra vår förståelse av naturen i allmänhet.

© 2019 Science X Network