Найсучасніші технології відкривають вікно у наносвіт: раманівська спектроскопія разом з тунельним мікроскопом дає змогу роздивитися окремі атоми.
Атоми та молекули, властивості яких досі описували переважно теоретично, відтепер можна й досить чітко побачити. Як стверджує Джоанна Аткін, фізик-спектроскопіст з Університету Колорадо у Боулдері, яка є співавтором статті про новітній метод оптичного спостереження атомів, "найсучасніші технології відкривають мікросвіт у всій його красі".
Принцип раманівської спектроскопії, названий на честь індійського фізика Чандрасекхара Рамана, що отримав за відкриття цього ефекту Нобелівську премію за 1930 рік, ґрунтується на опроміненні молекули лазером, що змушує її атоми коливатися. Відбиваючись від атомів, фотони втрачають енергію й, відтак, розсіюються з більшою довжиною хвилі. Оскільки кожен атом змінює довжину світлової хвилі по-різному, можна отримати досить чіткий світловий відбиток молекули.
Ця технологія, однак, надається для дослідження лише дуже великих молекул, наприклад органічних. Як зазначає Дж. Аткін, «лише один з мільйона фотонів, якими опромінюють зразок, несе на собі відбиток вібрації атомів». Звичайне раманівське відображення окремої невеликої молекули надто слабке, щоб його можна було розгледіти.
Останніми роками дослідникам вдалося значно підсилити раманівський сигнал, поєднавши його з іншим методом, що носить назву скануючого тунелювання (scanning tunneling microscope; STM). Принцип його дії ґрунтується на підведенні дуже тонкої голки до поверхні досліджуваного зразка на відстань декількох ангстремів (1 ангстрем = одна десятимільйонна міліметра). Якщо між вістрям голки та молекулою створити різницю потенціалів, то значення індукованого у такий спосіб електричного струму точно відповідатиме властивостям атомів. Як виявилося, раманівські промені здатні сильно підсилювати електричне поле навколо голки STM. Поєднання цих технологій, відтак, дозволяє отримати значно чіткішу інформацію про зразок, ніж раманівська спектроскопія та тунелюючий мікроскоп поокремо. Кілька років тому дослідникам у такий спосіб вдалось сканувати ділянки шириною лише 3 нанометри (1 нм = одна мільйонна міліметра).
У статті, опублікованій минулого тижні в Nature, вчені заявляють, що ще більш вдосконалили цей метод та звузили досліджувану область лише до 0,2 нанометра, чого достатньо, щоб розгледіти окремі ділянки молекули. Об’єктом аналізу вчені обрали кільцеподібну молекулу порфірину, яку дослідили на поверхні срібла за дуже низької температури та високого вакууму. Сканування різних ділянок молекули дало змогу зафіксувати раманівський сигнал від чотирьох її сегментів (на фото).
«Найдивовижнішою є надзвичайно висока чіткість отриманих знімків», - прокоментував дослідження Бруно Петтінгер, хімік з Інституту Фріца Габера у Берліні. А на думку іншого хіміка Женчао Донга з Університету Науки та Технологій м. Хефей (Китай), ця технологія може стати проривом у біохімії та генетиці, адже її роздільна здатність відповідає відстані між А, Ц, Т і Г елементами у молекулі ДНК й, отже, може використовуватись для розшифрування геному.
10.06.2013