Впервые запечатлена траектория колебательного движения молекулы

PxHere/Indicator.Ru

Сфокусировав свет до размеров атома, ученые Калифорнийского университета засняли первые изображения колебательных движений молекулы. Результаты опубликованы в журнале Nature.

Внутренние колебания молекул управляют структурными преобразованиями, которые лежат в основе химии и биологии. От структурных перестроек химических молекул до работы молекулярной машины рибосомы — все динамические процессы в природе связаны с колебательным движением. Сегодня молекулярные колебания наглядно объясняют моделью шариков на пружине пренебрежительно малой массы. В то время как частоты измеряют с помощью спектроскопии, траектории движения рассчитывают теоретически, поскольку для их визуализации потребовалась бы микроскопия с пространственным разрешением порядка ангстрема, что почти на три порядка меньше дифракционного предела в оптике.

Вооружившись серебряным наконечником для фокусировки светового луча и комбинационным рассеянием света (неупругим рассеянием электромагнитных волн на молекулах вещества, сопровождающемся изменением частоты колебания волн) для усиления сигнала, спектроскопия достигает необходимого субмолекулярного пространственного разрешения.

Исследователи проводили эксперимент в вакууме при температуре -267 °С, поместив одноатомный зонд рядом с целевой молекулой на расстояние меньше размера атома. Разрешение порядка ангстрем (10−10 м) достигалось квантовым туннелированием плазмонов между атомом острия и молекулой. Записав колебательные спектры молекулы, ученые смогли проанализировать внутримолекулярные электрические токи, вызываемые колебаниями.

«Теперь у нас есть микроскоп, который позволяет заглянуть внутрь молекул, что было немыслимо всего несколько лет назад, — комментирует Варкткесс Ара Апкарян, профессор химического факультета Калифорнийского университета. — Пространственное разрешение оптической микроскопии продвинулось еще на одну ступеньку, и то, что мы способны увидеть, действительно поражает».