Смотрите первые кадры образования атомов и разрыва их связей

Команда использовала просвечивающую электронную микроскопию, чтобы снять атомы, танцующие по углеродной нанотрубке.

Ученые сняли пару атомов металла рения (смоделированных выше зеленым цветом), когда они связались по углеродной нанотрубке (серого цвета). Предоставлено Ноттингемским университетом.

Исследователи сняли видео с парой атомов рения, которые распадаются и снова связываются в углеродной нанотрубке. В исследовании, опубликованном в журнале Science Advances 17 января, пучок электронов использовался как инструмент для визуализации и как источник энергии для движения атомов.

Связи атомов имеют длину всего от 0,1 до 0,3 нанометра, поэтому исследовательская группа использовала просвечивающую электронную микроскопию (ПЭМ) для наблюдения за атомами, захваченными в углеродной нанотрубке. ПЭМ требует, чтобы пучок электронов попадал в образец при низком напряжении, чтобы избежать повреждений, о чем сообщает Эмили Коновер из Science News. Уникальная настройка также обеспечивает более четкое разрешение крошечных предметов.

Молекулы, подобно связанной паре атомов рения, называемой дирхением, нуждаются в подводе энергии для того, чтобы изменить или разорвать свои связи. Электронный пучок идеально подходил для этой задачи. Микроскоп запечатлел серию изображений, показывающих атомы, движущиеся вместе и раздвигающиеся по нанотрубке. В один момент атомы были разделены, и один из них осел в другом углеродном уголке, прежде чем вернуться и снова образовать связь.

«Это прямое доказательство, вы можете видеть, как эта связь разрывается между двумя атомами и как она формируется», — говорит ведущий автор и химик из Ноттингемского университета Андрей Хлобыстов. Видео показало ранее не наблюдавшееся состояние связи непосредственно перед тем, как связь была разорвана. «Это, я думаю, чрезвычайно важно».

Рений является редким переходным металлом, концентрация которого в минералах во всем мире, особенно в Чили и Соединенных Штатах, составляет около 0,001 частей на миллион. Атомы образуют химические связи, отдавая или разделяя отрицательно заряженные электроны, которые окружают их положительно заряженные ядра. Большинство атомов могут образовывать связи только с электронами на своих внешних оболочках, но переходные металлы могут использовать электроны из двух внешних слоев.

Исследователи обнаружили, что молекула дирхения проводит большую часть своего времени с четырехкратной связью, разделяя четыре электрона между двумя атомами. Электронный пучок также толкал молекулу в тройное, двойное и односвязное состояния, которые исследователи оценивают по расстоянию, которое они наблюдают между атомами.

Физик Ульмского университета Уте Кайзер, разработчик методики микроскопической съемки, сообщает, что он и его коллеги выбрали рений, потому что каждый атом относительно большой, по сравнению с более знакомыми атомами, такими как углерод и кислород, которые составляют менее одной десятой его атомного веса. Но они надеются продолжить разработку технологии для изучения этих более мелких элементов, возможно, в качестве нового способа непосредственного изучения того, что происходит в сложных химических реакциях.

---

Вас также может заинтересовать:

Ученые измеряют спиновый кубит электрона, не разрушая его

Прорыв в создании самого мощного в мире ускорителя частиц