Исследователи из Юлихского исследовательского центра создали микроскоп на квантовых точках, который позволил зафиксировать электрические потенциалы отдельных атомов. Статья о разработке опубликована в журнале Nature Materials.

Положительные атомные ядра и отрицательные электроны, из которых состоит вся материя, создают электрические потенциальные поля, накладывающиеся друг на друга и компенсирущие друг друга даже на очень коротких расстояниях. Обычные методы не позволяют проводить количественные измерения этих полей с малой площадью, которые отвечают за многие свойства и функции материала на наноуровне. Почти все установленные методы, способные отображать такие потенциалы, основаны на измерении сил, которые вызывают электрические заряды. Однако эти силы трудно отличить от других, которые возникают на наноуровне.

Используя обычные методы, до сих пор было практически невозможно количественно регистрировать электрические потенциалы, возникающие в непосредственной близости от отдельных молекул или атомов. Четыре года назад, однако, ученые из Юлихского исследовательского центра обнаружили метод, основанный на совершенно другом принципе. Сканирующая квантовая точечная микроскопия включает в себя присоединение одной органической молекулы — квантовой точки — к кончику атомно-силового микроскопа. Таким образом, квантовая точка становится зондом вместо кончика иглы прибора.

«Молекула квантовой точки настолько мала, что мы можем прикрепить отдельные электроны от кончика атомного силового микроскопа к молекуле контролируемым образом, — объясняет д-р Кристиан Вагнер, руководитель группы контролируемых механических манипуляций с молекулами в Институте Питера Грюнберга Юлихского исследовательского центра. — Изначально это был просто удивительный эффект с ограниченной применимостью. Теперь все изменилось. Мы можем не только визуализировать электрические поля отдельных атомов и молекул, но и точно определить их количество. Это подтвердилось сравнением с теоретическими расчетами, проведенными нашими коллегами из Люксембурга. Кроме того, мы можем отображать большие площади образца и, таким образом, одновременно видеть различные наноструктуры. И нам нужен только час для получения детального изображения».

Существует множество областей применения квантовой точечной микроскопии. Например, в исследовании материалов, в которых один атом может иметь значение для функциональности образца. Или в изучении электростатических процессов там, где они играют существенную роль, например в катализаторах, с которыми взаимодействуют молекулы исходных веществ. Также такой метод может использоваться в характеристике биомолекул.