Американские и китайские учёные использовали зонд сканирующего туннельного микроскопа (СТМ) для разрыва и формирования определённых химических связей в структуре сложной молекулы. Это достойная демонстрация запредельных возможностей современного наноинжиниринга.

Исследователи под руководством ветерана молекулярных манипуляций Уилсона Хо (Wilson Ho) из Калифорнийского университета в Ирвайне (США) синтезировали молекулу, состоящую из трёх последовательных ароматических колец и тиоацетильного заместителя с каждой стороны. Затем молекула была адсорбирована на поверхности никель-алюминиевой подложки, а зонд сканирующего туннельного микроскопа — установлен над одним из её тиоацетильных заместителей. При достижении определённого уровня энергии инжектируемых зондом электронов происходил распад серно-ацильной связи с минимальным уровнем диссипации энергии по остаточной молекулярной структуре (высокоэффективный разрыв). Подобно серно-ацильной, связь между серой и ароматическим кольцом может быть также селективно расщеплена.

Рис. 1. Это и есть наносварка: старые связи разрезаются, новые буквально свариваются. (Здесь и далее иллюстрации Wilson Ho).

В результате, пользуясь этим методом, учёные последовательно разорвали все четыре связи, получив «чистую» ароматическую цепь.

Рис. 2. Наносварка была опробована именно на этой молекуле — 1,4-бис(4’-(ацетилтио)стирил)бензола.

В другой серии экспериментов авторы работы расщепили лишь серно-ацильные связи, при этом полностью оголив серные атомы. Потом на подложку нанесли золото, атомы которого были последовательно перенесены с помощью зонда СТМ как можно ближе к серным атомам. Стоит отметить, что, несмотря на все благоприятные факторы, связь между серой и золотом не всегда образовывалась самопроизвольно, однако возбуждение обоих атомов с помощью энергии СТМ-зонда позволило достичь почти количественного выхода процесса образования Au–S-связей. Со стороны подобное «возбуждение» лучше всего может быть описано термином «наносварка».

В качестве бонуса во всех процессах разрыва и образования новых связей микроскоп был способен выполнять и свои прямые обязанности, что позволило получать картину распределения электронов в реальном времени.

Подробности наносварочного эксперимента можно найти в статье, опубликованной в журнале Nature Chemistry.