Lần đầu tiên ghi hình liên kết nguyên tử

Cặp nguyên tử rhenium cho vào ống nano carbon rỗng rồi chiếu chùm electron năng lượng cao để tạo ra đoạn phim dài 18 giây.

Các nguyên tử tồn tại trong một khối liên kết bền vững. Tuy nhiên, để ghi hình lại các liên kết này dường như là không thể bởi với độ dài 0,1-3,3 nanomet, các liên kết nguyên tử nhỏ hơn nửa triệu lần so với chiều rộng của một sợi tóc.

Cho đến nay, quá trình liên kết nguyên tử chỉ được mô phỏng trong các lớp học và phòng thí nghiệm bằng cách sử dụng mô hình bóng và gậy. Mới đây, nhờ có nghiên cứu của các nhà khoa học Anh và Đức, sinh viên và nghiên cứu sinh sẽ có thể quan sát 18 giây quá trình liên kết của hai nguyên tử rhenium (Re)..

Các nhà nghiên cứu từ Đại học Nottingham và Đại học Ulm đã cho cặp nguyên tử rhenium vào trong ống nano carbon rỗng hình dạng giống như các ống nghiệm hóa học. Sau đó, sử dụng kính hiển vi điện tử truyền qua (TEM) để tạo ra đoạn phim của các nguyên tử. Trong TEM, chiếu một chùm electron năng lượng cao xuyên qua vật thể đến tận đầu bên kia ống nano. Chùm tia không chỉ thu được hình ảnh hoạt động mà còn truyền năng lượng để phá vỡ liên kết hóa học. Sử dụng các công cụ từ Dự án SALVE, kỹ thuật hai trong một này cho phép các nhà khoa học ghi hình các nguyên tử rheni ngoại quan (Re2) di chuyển trên đường ống nano.

Mô tả về đoạn phim quá trình liên kết nguyên tử, Tiến sĩ Kecheng Cao - trợ lý nghiên cứu tại Đại học Ulm cho biết khi Re2 di chuyển xuống ống nano, độ dài liên kết thay đổi, liên kết mạnh hơn hoặc yếu hơn tùy thuộc vào môi trường xung quanh các nguyên tử. Trong thực tế, tại một thời điểm, khi kéo dài liên kết đến một kích thước lớn hơn chính các nguyên tử, các liên kết sẽ bị gãy. Các nguyên tử sau đó trở thành một phân tử Re2.

Hình ảnh của Re2 trên một phần của ống nano carbon. (Ảnh: Đại học Nottingham).

"Vì rhenium có số nguyên tử cao nên dễ thấy trong TEM hơn các nguyên tố nhẹ hơn giúp chúng ta xác định mỗi nguyên tử kim loại là một chấm đen", Giáo sư Andrei Khlobystov- Đồng trưởng nhóm dự án nghiên cứu Đại học Nottingham giải thích.

Nghiên cứu này là bước tiến mới để tìm hiểu sự liên kết giữa các nguyên tử kim loại, mô tả các tính chất của vật liệu. Nhóm các nhà khoa học sắp tới sẽ nghiên cứu và phân tích sâu hơn về cấu trúc và lực tác động của các phân tử riêng lẻ theo thời gian thực.

• Lần đầu tiên nhìn thấy carbon có thể liên kết với 6 nguyên tử khác
• Video: Khám phá hình dạng của một phân tử