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Der tiefe Blick ins Molekül

Neue Methode zur Abbildung der chemischen Struktur einzelner Moleküle – Publikation von Physikern und Chemikern des LOEWE-Schwerpunkts PriOSS

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Nr. 51 • 14. April 2022

Blick ins Molekül
Mit Hilfe der Tieftemperatur-Rasterkraftmikroskopie und CO-funktionalisierter Spitzen lässt sich die chemische Struktur einzelner Moleküle sichtbar machen. Durch das Anregen einer Torsionsschwingung (Verdrehung entlang der Längsachse) des Sensors erhält man einen besonders hohen Bildkontrast. Grafik: Miriam und Daniel Ebeling

Um die chemische Struktur einzelner Moleküle sichtbar zu machen, haben Wissenschaftler der Justus-Liebig-Universität Gießen (JLU) und der University of Newcastle (UON) in Australien eine neue Methode in der Zeitschrift “Nanoscale” veröffentlicht. Für die Messungen benötigt man ein Tieftemperatur-Rasterkraftmikroskop mit einer extrem scharfen Spitze, welche nur aus einem einzelnen CO-Molekül besteht, sowie Stimmgabelsensoren (qPlus Sensoren), welche zu sehr kleinen Schwingungen im Bereich von nur wenigen Picometern angeregt werden können.

Bislang wurden die Stimmgabelsensoren so betrieben, dass die CO-Spitze senkrecht zur Probenoberfläche oszilliert, ähnlich wie bei einem Sprungbrett über der Wasseroberfläche. Den Wissenschaftlern der JLU und der UON ist es jetzt gelungen, eine Torsionsschwingung (also eine Verdrehung entlang der Längsachse) der Sensoren für solche hochauflösenden Messungen von Molekülen zu nutzen. Hierdurch oszilliert die CO-Spitze annähernd parallel zur Oberfläche. Dies liefert einen beeindruckenden Bildkontrast, der auf Lateralkräften mit besonders hoher Abstandsabhängigkeit beruht.

Solche Messungen konnten bisher nur mit speziellen Lateralkraftsensoren durchgeführt werden. Der Vorteil bei der neuen Methode: Durch den Betrieb bei einer anderen Resonanzfrequenz ist es leicht möglich, zwischen der gewöhnlichen Bond-Imaging-Methode und der Lateralkraftmethode zu wechseln. Damit entfällt die Notwendigkeit, den kompletten Sensor zu tauschen, was bei Tieftemperatur-Rasterkraftmikroskopen sehr aufwändig ist.

Die Arbeiten wurden bisher unter anderem durch die Deutsche Forschungsgemeinschaft gefördert. In Zukunft möchten die Wissenschaftler die neue Technik verwenden, um im Rahmen des LOEWE-Schwerpunkt PriOSS (Principles of On-Surface Synthesis) molekulare Reaktionsprozesse auf Oberflächen zu untersuchen.

 

  • Publikation

Daniel Martin-Jimenez, Michael G. Ruppert, Alexander Ihle, Sebastian Ahles, Hermann A. Wegner, André Schirmeisen and Daniel Ebeling. "Chemical bond imaging using torsional and flexural higher eigenmodes of qPlus sensors." Nanoscale 14, 5329, 2022.
https://doi.org/10.1039/D2NR01062C

 

  • Kontakt


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Tel. 0641 99-33482

 

 

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