신비한 분자 세계 공개 – 과학자들이 수십 년 된 이론을 확인

연구자들은 전자 밀도가 방향족 분자에 불균일하게 분포되어 있다는 오랜 이론을 실험적으로 검증했습니다.

IOCB 프라하, 체코 과학 아카데미 물리학 연구소, Palatski University Olomouc의 연구원들은 분자와 원자 세계의 신비를 밝히는 데 다시 한 번 큰 진전을 이루었습니다. 그들은 전자 밀도가 방향족 분자에 균일하게 분포되지 않는다는 오랜 이론을 실험적으로 검증했습니다.

이러한 현상은 분자의 물리적, 화학적 특성과 상호작용에 큰 영향을 미칩니다. 이 연구는 새로운 나노물질 설계 가능성을 확장하며 최근 발표된 논문의 주제입니다. 네이처커뮤니케이션즈.

이전 파일럿 연구에서 동일한 저자 팀이 과학 전자의 불규칙한 분포를 설명하라. 옥수수, 소위 σ 구멍. 이제 연구자들은 소위 π 구멍의 존재를 확인했습니다. 방향족 탄화수소에서는 전자가 탄소 원자 평면 위와 아래의 구름에서 발견됩니다. 주변의 수소 원자를 전기 음성도가 더 높은 원자 또는 전자를 끌어당기는 원자 그룹으로 대체하면 원래 음전하를 띤 구름이 양전하를 띤 전자 정공으로 변합니다.

IOCB 프라하의 비공유 상호작용 그룹 의장이자 대표인 Pavel Hobza 교수. 출처: Thomas Bellon/IOCB 프라하

과학자들은 주사전자현미경이라는 진보된 방법을 채택하여 그 능력을 더욱 발전시켰습니다. 이 방법은 아원자 분해능으로 작동하므로 분자 내의 원자뿐만 아니라 원자 전자 껍질의 구조도 이미지화할 수 있습니다. 공동 저자 중 한 명인 Palatski University Olomouc 산하 체코 첨단 기술 연구 연구소(CATRIN)의 Bruno de la Torre는 여기에 설명된 실험의 성공이 주로 그의 고향 기관의 우수한 시설에 기인한다고 지적합니다. 그리고 연구소의 우수한 박사학위 참여. 재학생.

“KPFM(켈빈 탐침 힘 현미경) 기술에 대한 이전 경험 덕분에 우리는 측정을 개선하고 매우 완전한 데이터 세트를 얻을 수 있었으며 이는 분자 내 전하 분포 방식뿐만 아니라 무엇을 관찰할 수 있는지에 대한 이해를 심화하는 데 도움이 되었습니다. 이 기술을 사용합니다.

실험적 측정을 통해 π-홀의 존재에 대한 이론적 예측이 확인되었습니다. 왼쪽부터: 조사된 분자의 화학 구조, 분자의 계산된 정전기 전위 맵, 실험적 켈빈 프로브 힘 현미경 사진(KPFM) 및 시뮬레이션된 KPFM 이미지. 크레딧: IOCB 프라하

현대 힘 현미경은 오랫동안 물리학 연구소(Institute of Physics) 연구원들의 영역이었습니다. 분자 구조의 경우뿐만 아니라 전례 없는 공간 분해능을 최대한 활용했습니다. 얼마 전에 그들은 소위 σ 홀이라고 불리는 할로겐 원자 주위에 전자 밀도의 불규칙한 분포가 존재한다는 것을 확인했습니다. 이 성과는 2021년에 발표되었습니다. 과학. 이전 및 현재 연구는 현재 가장 많이 인용되는 체코 과학자 중 한 명인 체코 과학 아카데미(IOCB 프라하) 유기화학 및 생화학 연구소의 Pavel Hobza 교수의 도움을 받았습니다.

“π-홀과 그에 선행하는 σ-홀의 존재 확인은 수십 년 동안 두 현상을 담당해 온 양자 화학의 이론적 예측의 품질을 완전히 보여줍니다. 이는 그들이 할 수 있음을 보여줍니다. 이용 가능한 실험이 없더라도 신뢰할 수 있습니다.”라고 Pavel Hobza는 말합니다.

아원자 및 아분자 수준에서 체코 과학자들의 연구 결과는 우주 블랙홀의 발견과 비교할 수 있습니다. 그들은 또한 실험을 통해 그 존재가 확인되기 전에 수십 년 동안 이론화되었습니다.

전자의 전하 분포에 대한 더 나은 지식은 과학계가 우선적으로 많은 화학적, 생물학적 과정을 이해하는 데 도움이 될 것입니다. 실용적인 수준에서 이는 새로운 초분자를 구축하고 이후 향상된 특성을 가진 고급 나노물질을 개발할 수 있는 능력으로 해석될 것입니다.

참고 자료: B. Mallada, M. Ondráček, M. Lamanec, A. Gallardo, A. Jiménez-Martín, B. de la Torre, P. Hobza의 “Kelvin-Probe Force Microscopy를 통한 분자의 π-홀 시각화” 그리고 B. . Jelinek, 2023년 8월 16일, 여기에서 확인 가능. 네이처커뮤니케이션즈.
도이: 10.1038/s41467-023-40593-3