Des chercheurs de l’Université de Ratisbonne et de l’Université technologique de Graz ont montré que les atomes d’hydrogène situés sur les côtés des molécules situées sur une surface sont directement visibles. L’étude, publié dans la revue Actes de l’Académie nationale des sciencesdécrit qu’en regardant à côté des molécules, la position et la présence des atomes d’hydrogène précédemment cachés pourraient être révélées.
Les atomes d’hydrogène situés aux bords des molécules affectent de nombreuses propriétés de ces molécules, notamment la façon dont elles interagissent avec d’autres molécules. Les liaisons hydrogène sont l’une des formes les plus courantes d’interactions moléculaires, dans lesquelles un atome d’hydrogène chargé positivement situé sur le côté d’une molécule est attiré vers un atome négatif d’une molécule voisine.
Les liaisons hydrogène sont d’une grande importance dans le domaine de la synthèse en surface, dans laquelle les molécules sont d’abord absorbées sur une surface puis réagissent entre elles. Mais malgré leur importance, les observations directes de ces atomes petits mais importants restent difficiles à réaliser.
Pour visualiser les côtés des molécules, les chercheurs ont utilisé une technique spécialisée dérivée de la microscopie à force atomique (AFM).
En AFM, une pointe pointue est rapprochée d’une surface et les forces exercées sur la pointe sont enregistrées lorsqu’elle se déplace sur la surface. Les expériences AFM précédentes se sont concentrées sur la composante verticale de la force et n’ont pas révélé la présence d’atomes d’hydrogène sur les côtés des molécules. Pour surmonter cette limitation, les chercheurs ont utilisé la microscopie à force latérale (LFM), qui mesure les forces horizontales exercées sur la pointe de l’AFM.
PD Dr. Alfred J. Weymouth du groupe de travail du professeur Dr. Franz J. Gießibl, titulaire de la chaire de nanoscience quantique à l’UR, est un expert de premier plan dans le domaine du LFM. Il a souligné ses capacités uniques en déclarant : « Bien qu’il ne soit pas largement utilisé, le LFM offre plusieurs avantages par rapport à l’AFM conventionnel, notamment une sensibilité exceptionnelle à la distance, permettant l’extraction de paramètres physiques à partir d’une seule image, et la capacité de quantifier les forces de friction. en faisant glisser un seul atome à travers des liaisons chimiques.
En mesurant la force latérale exercée sur la pointe de l’AFM aux bords des molécules, le Dr Weymouth et ses collègues ont pu visualiser directement les atomes d’hydrogène. Les données brutes des expériences pourraient être comparées directement aux calculs théoriques, permettant ainsi une compréhension plus approfondie des interactions atomiques en jeu.
Alors que les interactions atome-atome sont souvent modélisées à l’aide de fonctions simplifiées dépendant de la distance, la comparaison de ces modèles aux données expérimentales a révélé les limites de ces approximations, soulignant l’importance d’incorporer des facteurs supplémentaires dans ces cadres théoriques. Ces informations sont précieuses pour les enquêtes AFM et LFM, car elles permettent aux chercheurs d’affiner leur compréhension des interactions atomiques fondamentales.
La capacité d’observer directement les atomes d’hydrogène marque une avancée majeure pour les chercheurs, fournissant un outil puissant pour élucider les mécanismes complexes et les étapes intermédiaires des réactions chimiques à la surface. Cette avancée recèle un immense potentiel pour accélérer les progrès dans divers domaines, notamment la catalyse de surface et les interactions moléculaires au sein du corps humain.
Le développement de cette nouvelle technique représente une avancée significative dans notre compréhension du monde microscopique, ouvrant de nouvelles voies pour la recherche et l’innovation. En visualisant directement le comportement des atomes d’hydrogène, les chercheurs peuvent mieux comprendre les processus fondamentaux qui régissent les interactions des molécules, ouvrant ainsi la voie à des progrès transformateurs dans divers domaines.
Plus d’information:
Shinjae Nam et al, Exploration des interactions dans le plan à côté d’une molécule adsorbée par microscopie à force latérale, Actes de l’Académie nationale des sciences (2024). DOI : 10.1073/pnas.2311059120