分子电荷状态变化首次捕获-风君子博客

  科技日报北京 7 月 16 日电 (记者刘霞)据物理学家组织网近日报道,来自 IBM 苏黎世研究中心、埃克森美孚研究和工程公司以及西班牙圣地亚哥康波斯特拉大学的研究团队,首次拍摄到分子改变电荷状态时的图像。相关研究发表于最新一期《科学》杂志,有助于新材料和设备的研发,并提高我们对自然界的理解。

  科学家已经知道,当分子被充电时,它们会发生变化,但迄今为止,还没有看到过这一变化过程。研究人员指出,分子充电是许多非常重要的生物过程——例如能量传输和光转换的核心,因此,观察它发生时的情况非常重要。

  在最新研究中,研究人员获得了偶氮苯、并五苯、TCNQ 和卟啉这 4 种分子因充电而发生变化的图像。

  为了创建出这些图像,研究人员将单个分子放在隔离的氯化钠薄膜上,然后在非常冷的真空环境中使用高分辨率原子力显微镜,将单个电子从探针尖端转移到分子上,然后,再使用探针尖端对分子进行成像。每个分子在 4 种状态下成像:带正电、电中性、带负电荷和带 2 个负电荷(添加 2 个电子)。

  研究人员观察到所有分子的结构变化,并且,每种分子的变化方式都与其他分子不同。例如,对于并五苯,该团队看到了分子的哪些区域变得更具反应性;而对于 TCNQ,他们观察到分子中原子键的变化,还注意到它相对于其碱基移动。至于卟啉,他们观察到了键的类型及其长度的变化。卟啉在生物加工中起着至关重要的作用,因为它涉及生物体内血红蛋白输送氧气的过程。

  研究人员称,能够看到分子在充电时会发生什么,有助于更好地理解整个能量输送过程的运作方式;而对分子电荷状态进行成像的技术将有助于新材料和设备的研发,并提高我们对自然界的理解。