ครั้งแรก! ภาพอิเล็กตรอนเต้นบนโมเลกุลเดี่ยว

นักวิจัยเผยภาพการกระจายตัวของประจุบน “โมเลกุลเดี่ยว” ที่แสดงอิเล็กตรอนเต้นกระจาย ซึ่งเป็นครั้งแรกที่สามารถบันทึกภาพนี้ได้ แม้ว่าก่อนหน้านี้จะเคยวัดประจุบนโมเลกุลมาได้แล้วก็ตาม จุดประกายโอกาสในเข้าถึงกระบวนการถ่ายโอนประจุ

แม้ว่านักวิจัยเคยวัดประจุบนโมเลกุลเดี่ยวมาได้แล้วแต่บีบีซีนิวส์ระบุว่าการจับภาพประจุเต้นระบำอยู่บนโมเลกุลเดี่ยวนั้นเป็นเรื่องยากกว่ามาก ซึ่งการวัดคัร้งนี้จะนำร่องในการเข้าถึงกระบวนการถ่ายโอนประจุซึ่งเป็นปรากฏการณ์ปกติในธรรมชาติได้ ส่วนรายละเอียดของงานวิจัยนี้เผยแพร่ในวารสารเนเจอร์นาโนเทคโนโลยี (Nature Nanotechnology)

งานวิจัยนี้เป็นผลงานของกลุ่มวิจัยไอบีเอ็ม (IBM Research) ในซูริค สวิตเซอร์แลนด์ ซึ่งมีความเชี่ยวชาญงานระดับอะตอมและโมเลกุลอยู่แล้ว และนอกจากจับภาพประจุบนโมเลกุลเดี่ยวเป็นกลุ่มแรกแล้ว ก่อนหน้านี้พวกเขายังวัดประจุบนโมเลกุลเดี่ยวด้วย แต่เทคนิคที่ใช้นั้นต่างกันโดยพวกเขาได้ใช้กล้องจุลทรรศน์เคลวินโพรบ (Kelvin probe microscopy) ซึ่งเป็นอีกประเภท ของกล้องจุลทรรศน์แรงอะตอม (Kelvin probe microscopy) ที่เคยใช้บันทึกภาพโมเลกุลครั้งแรกเมื่อปี 2009

เทคนิคพิเศษนี้อาศัยเข็มเล็กๆ ที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางในระดับนาโนเมตรและมีโมเลกุลเดี่ยวอยู่บนปลายอันเล็กแหลม เข็มหรือคานยื่นเล็กๆ นี้มีความต่างศักย์เล็กน้อยระหว่างที่กวาดไปบนพื้นผิว “นาพทาโลไซยาไนน์” (naphthalocyanine) โมเลกุลรูป X ที่มีขนาดใหญ่กว่าคานจิ๋วมาก เมื่อปลายที่มีประจุปะทะเข้ากับประจุของโมเลกุลนี้จะเริ่มแกว่งจนชี้ได้อย่างแม่นยำว่าอิเล็กตรอนอยู่ตรงไหน

เมื่อจ่ายความต่างศักย์ให้โมเลกุลนาพทาโลไซยาไนน์โดยตรงจะทำให้อะตอมไฮโดรเจน 2 อะตอมที่อยู่ตรงกลางเปลี่ยนตำแหน่งกัน และอิเล้กตรอนก็จะแลกเปลี่ยนตำแหน่งไปยังฝั่งตรงข้ามของแขนเอกซ์แต่ละข้าง ด้วยเทคนิคของทีมวิจัยนี้ช่วยให้สังเกตการเปลี่ยนของการกระจายประจุได้

ทางด้าน ฟาเบียน มอห์น (Fabian Mohn) นักวิจัยหลักกล่าวว่า เทคนิคนี้ช่วยให้เราสังเกตลงไปในระดับโมเลกุลเดี่ยวได้ว่า ประจุมีการประจายตัวอย่างไรเมื่อเกิดพันธะเคมีระหว่างอะตอมและโมเลกุลบนพื้นผิว และวิธีนี้จะเป็นหลักในการค้นหาวิธีพัฒนาอุปกรณ์ระดับอะตอมและโมเลกุลได้ต่อไป