Химикам из Университета Регенсбурга и Технологического Института Карлсруэ удалось пронаблюдать химическую реакцию на молекулярном уровне с помощью атомно-силового микроскопа. В отличие от многих аналогичных исследований, проведенных на плоских молекулах, в новой работе авторы изучили процессы в объемной молекуле. Работа опубликована в Journal of American Chemical Society, полный текст препринта доступен на сайте лаборатории (PDF).
Одной из главных частей атомно-силового микроскопа является тончайшая игла,с помощью которой он «ощупывает» образец. Чем тоньше игла, тем точнее можно изучить поверхность объекта. Для достижения молекулярного разрешения авторы работы разместили на конце иглы-зонда молекулу CO — угарного газа. Эта методика уже позволяла ученым получать изображения отдельных атомов в молекулах и даже субатомных структур-бубликов.
Система, которую химики выбрали для исследования, представляет собой две плоские молекулы фенантрена (состоит из трех бензольных колец), соединенные между собой циклическим фрагментом с атомом серы. Из-за отталкивания между отдельными ее частями, один фенантреновый фрагмент наклонен по отношению к другому. При нагревании молекула способна выбрасывать атом серы и перегруппировывается в новую структуру. Этот процесс и заинтересовал ученых.
Ученые поместили молекулы дифенантротиофена на поверхность монокристалла меди и кратковременно нагрели их до 200 градусов Цельсия, после чего изучили образец с помощью микроскопа. Трехмерные конфигурации молекул определялись благодаря многократному сканированию образца иглой, находящейся на разной высоте от поверхности меди, при этом важно было избегать прямого взаимодействия зонда с изучаемыми молекулами. Среди 32 обнаруженных химикам частиц удалось выделить четыре разных типа — не изменившиеся молекулы, плоский продукт реакции и два типа неплоских, отличных от изначальной формы, молекул.
Авторы работы отмечают, что строение полученных плоских продуктов предполагает многостадийный механизм реакции отщепления серы, включающий в себя оборот на 180 градусов одного из фенантреновых фрагментов. Вероятно, поверхность меди помогает стабилизировать переходное состояние и выступает в качестве катализатора. Любопытно заметить, что если просто нагревать дифенантротиофен в ампуле с медным порошком, то в итоге получается продукт несколько иного строения, сохраняющий мостиковый атом серы.
Китайские специалисты занимаются строительством установки, которая будет использоваться для моделирования условий, возникающих при термоядерном взрыве. Как пишет South China Morning Post, новая установка, аналогичная американской Z-машине, будет использоваться для исследований в области высоких энергий и ядерных процессов в интересах китайских военных. Новая установка должна заработать в ближайшие несколько лет.