Observer les côtés des molécules : la microscopie à force latérale révèle des atomes d'hydrogène jusqu'alors invisibles
La possibilité d'observer directement les atomes d'hydrogène constitue une avancée significative et ouvre de nouvelles voies à la recherche et à l'innovation
Des chercheurs de l'université de Regensburg et de l'université technologique de Graz ont montré que les atomes d'hydrogène situés sur les côtés des molécules reposant sur une surface peuvent être vus directement. L'étude, publiée dans la revue "Proceedings of the National Academy of Sciences", décrit qu'en regardant à côté des molécules, la position et la présence des atomes d'hydrogène précédemment cachés peuvent être révélées.
Représentation artistique d'une pointe LFM s'approchant du côté d'une molécule, où elle est sensible aux atomes H terminaux.
© A. J. Weymouth
Les atomes d'hydrogène situés à la périphérie des molécules influencent de nombreuses propriétés de ces dernières, notamment la manière dont elles interagissent avec d'autres molécules. Les liaisons hydrogène sont l'une des formes les plus courantes d'interactions moléculaires, dans lesquelles un atome d'hydrogène chargé positivement sur le côté d'une molécule est attiré par un atome négatif dans une molécule voisine. Les liaisons hydrogène revêtent une grande importance dans le domaine de la synthèse sur surface, où les molécules sont d'abord absorbées sur une surface et réagissent ensuite entre elles. Mais malgré leur importance, les observations directes de ces atomes, petits mais importants, ont été difficiles à réaliser.
Pour visualiser les côtés des molécules, les chercheurs ont utilisé une technique spécialisée dérivée de la microscopie à force atomique (AFM). En AFM, une pointe acérée est approchée d'une surface et les forces qui s'exercent sur la pointe sont enregistrées au fur et à mesure qu'elle se déplace sur la surface. Les expériences AFM précédentes se concentraient sur la composante verticale de la force et n'avaient pas révélé les atomes d'hydrogène sur les côtés des molécules. Pour surmonter cette limitation, les chercheurs ont utilisé la microscopie à force latérale (LFM), qui mesure les forces horizontales exercées sur la pointe de l'AFM. Alfred J. Weymouth, du groupe de travail du professeur Franz J. Gießibl, titulaire de la chaire de nanoscience quantique à l'UR, est un expert de premier plan dans le domaine de la LFM. Il a souligné ses capacités uniques en déclarant que "malgré le fait qu'elle ne soit pas largement utilisée, la LFM offre plusieurs avantages par rapport à l'AFM classique, notamment une sensibilité exceptionnelle à la distance, permettant l'extraction de paramètres physiques à partir d'une seule image, et la capacité de quantifier les forces de frottement en faisant glisser un seul atome à travers les liaisons chimiques".
En mesurant la force latérale exercée sur la pointe de l'AFM sur les bords des molécules, le Dr Weymouth et ses collègues ont pu visualiser directement les atomes d'hydrogène. Les données brutes des expériences ont pu être comparées directement aux calculs théoriques, ce qui a permis de mieux comprendre les interactions atomiques en jeu. Alors que les interactions atome-atome sont souvent modélisées à l'aide de fonctions simplifiées dépendant de la distance, la comparaison de ces modèles aux données expérimentales a révélé les limites de ces approximations, soulignant l'importance d'incorporer des facteurs supplémentaires dans ces cadres théoriques. Cette découverte est précieuse pour les études AFM et LFM, car elle permet aux chercheurs d'affiner leur compréhension des interactions atomiques de base.
La possibilité d'observer directement les atomes d'hydrogène constitue une avancée significative pour les chercheurs, car elle fournit un outil puissant pour élucider les mécanismes complexes et les étapes intermédiaires des réactions chimiques à la surface. Cette avancée recèle un immense potentiel pour accélérer les progrès dans divers domaines, notamment la catalyse de surface et les interactions moléculaires dans le corps humain. Le développement de cette nouvelle technique représente une avancée significative dans notre compréhension du monde microscopique, ouvrant de nouvelles voies pour la recherche et l'innovation. En visualisant directement le comportement des atomes d'hydrogène, les chercheurs peuvent mieux comprendre les processus fondamentaux qui régissent les interactions entre les molécules, ouvrant ainsi la voie à des avancées transformatrices dans divers domaines.
Note: Cet article a été traduit à l'aide d'un système informatique sans intervention humaine. LUMITOS propose ces traductions automatiques pour présenter un plus large éventail d'actualités. Comme cet article a été traduit avec traduction automatique, il est possible qu'il contienne des erreurs de vocabulaire, de syntaxe ou de grammaire. L'article original dans Anglais peut être trouvé ici.
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