Le monoxyde de carbone asphyxiant notoire a peu de vrais admirateurs, mais il est favorisé par l'Université de Californie, Les scientifiques d'Irvine qui l'utilisent pour étudier d'autres molécules.

A l'aide d'un microscope à effet tunnel, les chercheurs du Centre de chimie de l'UCI à la limite spatio-temporelle ont utilisé le composé diatomique comme capteur et transducteur pour sonder et imager des échantillons, obtenir une quantité d'informations sans précédent sur leurs structures, liaisons et champs électriques. Les résultats ont été publiés dans Avancées scientifiques .

"Nous avons utilisé cette technique pour cartographier, avec une résolution spatiale sub-moléculaire, l'information chimique à l'intérieur d'une molécule, " a déclaré le co-auteur V. Ara Apkarian, Directeur du CaSTL et professeur de chimie à l'UCI. " Pouvoir voir le fonctionnement interne des unités de base de toute matière est vraiment incroyable, et c'est l'un des principaux objectifs que nous poursuivons au CaSTL depuis plus d'une décennie."

Pour atteindre ces résultats, Les scientifiques du CaSTL ont attaché une seule molécule de monoxyde de carbone à l'extrémité d'une aiguille d'argent pointue à l'intérieur du télescope. Ils ont illuminé la pointe avec un laser et ont suivi la fréquence de vibration de la liaison CO attachée grâce à ce que l'on appelle l'effet Raman, ce qui entraîne des changements dans la couleur de la lumière diffusée par la jonction.

L'effet est faible, seulement une partie par milliard environ, selon Kumar Wickramasinghe, un professeur UCI de génie électrique et d'informatique et membre vétéran du corps professoral du CaSTL qui n'a pas été impliqué dans cette étude. Mais la pointe de l'aiguille du microscope à effet tunnel agit comme un paratonnerre, en amplifiant le signal de 12 ordres de grandeur. En enregistrant de petits changements dans la fréquence de vibration de la liaison CO à l'approche des molécules ciblées, les chercheurs ont pu cartographier les formes et les caractéristiques moléculaires dues aux variations de charges électriques au sein d'une molécule.

Les molécules sondées dans les expériences étaient des métalloporphyrines, composés présents dans le sang humain et la chlorophylle végétale qui sont largement exploités dans les technologies d'affichage.

Les images capturées ont fourni des détails sans précédent sur la métalloporphyrine cible, y compris sa charge, polarisation intramoléculaire, photoconductivité locale, liaisons hydrogène résolues atomiquement et ondes de densité électronique de surface - les forces qui dictent la fonctionnalité et la transformation structurelle des molécules. En d'autres termes, chimie.

"Le professeur Apkarian et son groupe ont, pour la première fois, créé un instrument capable de cartographier les champs électriques locaux au niveau sous-moléculaire, " dit Wickramasinghe, qui, en tant que boursier chez IBM, était l'un des principaux inventeurs du premier microscope à force atomique au monde. "L'étape majeure franchie par l'équipe est d'avoir permis de cartographier les distributions de champ électrique à l'intérieur d'une même molécule en utilisant l'effet Raman, ce qui est une réalisation remarquable."

Selon l'auteur principal Joonhee Lee, Chercheur chimiste CaSTL, l'un des principaux résultats des expériences a été l'élucidation de la surface de potentiel électrostatique de la molécule de métalloporphyrine - essentiellement, sa forme fonctionnelle, qui, jusqu'à récemment, était une construction théorique. Il a déclaré que la capacité de déterminer cela serait particulièrement bénéfique dans les futures études sur les macromolécules, comme les protéines.

Ce travail est tout à fait dans le domaine du pur, recherche en sciences fondamentales, Lee note, mais il pense qu'il pourrait y avoir des applications pratiques pour les systèmes électromécaniques à molécule unique dans un avenir proche.

« Des systèmes microélectromécaniques sont déployés dans les technologies actuelles comme les smartphones. Ils tirent leur nom de l'échelle micrométrique de tels appareils; un micron équivaut à un centième de la taille d'un cheveu humain, " a déclaré Lee. " Les systèmes électromécaniques à molécule unique sont au nombre de 10, 000 fois plus petit. Imaginez si nos appareils miniaturisés utilisaient des circuits à cette échelle."