Gli scienziati sono stati in grado di differenziare, per la prima volta, i legami chimici nelle molecole individuali, utilizzando una tecnica nota come microscopia a forza atomica senza contatto. I risultati spingono ad utilizzare atomi e molecole su scala più piccola e potrebbero essere importanti per lo studio dei dispositivi di grafene, che sono attualmente in fase di studio per l’industria e il mondo accademico per le applicazioni a banda larga, tra cui la comunicazione wireless e i display elettronici. “Abbiamo trovato due meccanismi di contrasto differenti per distinguere le obbligazioni. Il primo si basa su piccole differenze nella forza misurata al di sopra delle stesse. Ci aspettavamo questo tipo di contrasto, ma è stata una sfida poterle risolvere“, ha detto lo scienziato Leo Gross dell’IBM di Zurigo. Le molecole immortalate sono del gruppo del fullerene e degli idrocarburi policiclici aromatici (IPA), zeppi di anelli di atomi di carbonio, che somigliano a piccoli fiocchi di grafene. Gli IPA sono stati sintetizzati dal Centro de Investigación en Química Biolóxica e Materiais Moleculares (CIQUS) presso l’Università di Santiago de Compostela, e dal Centre National de la Recherche Scientifique(CNRS) di Tolosa. I legami tra i singoli atomi di carbonio in tali molecole differiscono leggermente nella loro lunghezza e nella forza. Queste differenze sono previste dal concetto di ordine di legame. Tutta la chimica importante, l’elettronica e le proprietà ottiche di tali molecole sono legate alle differenze delle obbligazioni nei sistemi poliaromatici. Ora, per la prima volta, queste differenze sono state rilevate sia per le singole molecole che per i legami. Per raggiungere questo obiettivo, gli scienziati hanno utilizzato un microscopio di ultimissima generazione a forza atomica (AFM) che termina con una singola molecola di monossido di carbonio, rivelando dettagli sino ad un centesimo del diametro di un atomo.
Per confermare i risultati sperimentali e ottenere una visione più completa dell’esatta natura dei meccanismi di contrasto, il team ha eseguito dei calcoli preliminari della teoria del funzionale della densità, calcolando l’inclinazione della molecola. Per questo il laboratorio è isolato da ogni perturbazione meccanica e il campione è mantenuto a -268°C, vicinissima allo zero assoluto, una temperatura tale che ogni attività molecolare e anche atomica è rallentata al massimo. Questa ricerca è stata finanziata nel quadro di diversi progetti europei, tra cui ARTIST, Erodoto e CEMAS. Gli scienziati stanno cercando di “vedere” e manipolare gli atomi e le molecole al fine di ampliare la conoscenza umana e spingere i confini della capacità di produzione. L’IBM di Zurigo è stato un pioniere nel campo delle nanoscienze e delle nanotecnologie, sin da quando ha sviluppato il microscopio a scansione a effetto tunnel (STM) nel 1981, considerato lo strumento che ha aperto la porta al mondo delle nanotecnologie. Per questa invenzione, che consentì le prime immagini singole di atomi e in seguito di manipolarli, Binnig e Rohrer furono insigniti del Premio Nobel per la Fisica nel 1986. Un nuovo impianto per la ricerca di livello mondiale in collaborazione su scala nanometrica, la Binnig e Rohrer Nanotechnology Center è stato inaugurato l’anno scorso nel campus di IBM Research – Zurigo. Il Centro fa parte di una partnership strategica nel campo delle nanotecnologie con il Politecnico di Zurigo, una delle università primarie in questo settore. L’immagine si è meritata la copertina del numero del 14 Settembre dell’autorevole rivista Science.
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