Bien que fixer un seul atome d'oxygène semble difficile, essayer de manipuler ensuite les électrons associés à cet atome unique pour modifier sa charge semble carrément impossible. Cependant, pour la première fois, cette réalisation a été rapportée par une équipe de recherche internationale dirigée par l'Université d'Osaka.

Avec des collaborateurs de Slovaquie et du Royaume-Uni, L'étudiant diplômé Yuuki Adachi du Département de physique appliquée de l'Université d'Osaka a récemment publié cette recherche dans ACS Nano .

L'oxygène est l'un des éléments les plus abondants sur Terre. Habituellement trouvé sous sa forme diatomique, O 2 , l'oxygène est très réactif et ne reste pas longtemps à l'état gazeux. L'état fondamental, ou la forme la moins réactive de l'oxygène, est appelé oxygène triplet car il a trois arrangements possibles de spins électroniques. Cependant, l'oxygène singulet, avec son seul arrangement de rotation possible, est plus réactif et joue un rôle majeur dans un large éventail de réactions chimiques, allant de la production de carburant vert aux traitements photodynamiques du cancer.

Sans surprise alors, il y a un intérêt significatif dans le contrôle de la formation et de l'activation de l'oxygène moléculaire.

"Nous avons utilisé la spectroscopie de force de sonde Kelvin pour examiner les états de charge des atomes d'oxygène attachés à une surface de rutile de dioxyde de titane, et pour ensuite manipuler la charge par le transfert d'électrons individuels vers et depuis des paires d'atomes d'oxygène, " explique Adachi. " Nous avons identifié trois états de charge différents parmi les paires :O ^- /O ^- , O ^2- /O ^2- , et ô ^- /O ^2- . En fonction de la tension appliquée et de l'endroit où l'on a positionné la pointe de la sonde par rapport aux atomes, nous pourrions alors inversement inverser la charge entre le O ^- et ô ^2- États."

L'équipe a ensuite montré qu'elle pouvait utiliser la même méthode pour induire des formation de liaison réversible entre deux atomes d'oxygène adjacents, formation d'oxygène moléculaire (O 2 ).

De façon intéressante, ils ont également découvert que l'état de charge pouvait être contrôlé à distance en localisant la pointe ailleurs sur la surface du rutile. Les électrons ont été transférés aux atomes d'oxygène via des polarons de surface, un phénomène où les électrons peuvent voyager à travers un réseau cristallin.

"Ce niveau de contrôle sur l'état de charge des atomes d'oxygène n'était pas possible auparavant, ", déclare l'auteur correspondant de l'étude, le professeur agrégé Yan Jun Li. "Notre travail fournit une nouvelle méthode pour examiner les réactions catalytiques à base d'oxyde de métal de transition, et peut probablement être appliqué à d'autres atomes, et peut-être d'autres surfaces, où des réactions chimiques contrôlées initiées par la manipulation de charge sont effectuées."