Наносварка может рвать и формировать определенные связи

В уникальной демонстрации пределов возможности нанотехнологий исследователи из США и Китая использовали зонд сканирующего туннельного микроскопа [scanning tunnelling microscope (STM)] для разрушения и формирования строго определенных химических связей в молекуле со сложным строение. Работа является новой вехой на пути к модернизации контроля нанотехнологических приемов и возможности работать с отдельными молекулами.

Исследователи, которыми руководил один из старейших исследователей в области работы с отдельными молекулами Уилсон Хо (Wilson Ho) из Университета Калифорнии в Ирвинге, разработали молекулу, состоящую из трех ароматических колец, на каждом конце которой размещалась ацетильная группа, связанная с ароматикой с помощью атома серы.

Полученное соединение было адсорбировано на поверхности из сплава никеля с алюминием, после чего зонд сканирующего туннельного микроскопа был нацелен на один из «хвостов» молекулы, после чего электроны с зонда направлялись на связь сера-ацетильная группа. При определенной энергии электронов, отрывающихся с щупа, происходит разрыв этой связи. Хо отмечает, что этот разрыв протекает с очень высокой эффективностью, происходит селективное разрушение только одной связи, и энергия электрона практически не передается всей остальной молекуле.

Подобным же образом можно провести и селективное разрушение связи сера–ароматический фрагмент с любого кольца молекулы. Исследователи продемонстрировали возможности метода, разрушив все четыре связи и «вырезав» из состава молекулы исключительно ароматический фрагмент.

Во второй серии экспериментов исследователи отщепили от модельной молекулы ацетильные группы, оставив атомы серы. Затем они осаждали на никель-алюминиевую поверхность атомы золота и постепенно подталкивали их по направлению к атомам золота с помощью того же зонда сканирующего туннельного микроскопа. В ряде случаев такие манипуляции приводят к образованию связи золота-сера, а в ряде случаев нет, однако при энергетической подпитке серы и золота электронами с зонда сканирующего туннельного микроскопа образование связей наблюдается чаще. Хо заявляет, что возбуждение золота и серы может приводить к образованию химической связи в процессе, который может рассматриваться как «наносварка». С помощью микроскопа также удавалось определить, как меняется распределение электронов в процессе разрушения и образования новой связи.

Другие эксперты в области признают большое значение новой работы. Джофф Торнтон (Geoff Thornton), отмечает, что работа представляет собой весьма элегантный эксперимент, однако он хотел бы, чтобы исследователи уделили внимание большей роли, которую играет подложка в образовании связей сера-золота – Торнтон полагает, что никель-алюминиевый сплав несомненно должен играть определенную роль в продемонстрированной исследователями из группы Хо наносварке.