L'observation de molécules individuelles au microscope fait partie du quotidien des nanotechnologues. Cependant, il a été jusqu'à présent difficile d'observer des structures atomiques à l'intérieur de molécules organiques. Dans la revue scientifique renommée Lettres d'examen physique , Les chercheurs de Juelich expliquent leur nouvelle méthode, ce qui leur permet de prendre une "vue aux rayons X" à l'intérieur des molécules. Le procédé peut faciliter l'analyse de semi-conducteurs organiques et de protéines.

Pour leur regard sur le nanomonde, les chercheurs de Juelich ont utilisé un microscope à effet tunnel. Sa fine pointe métallique balaie la surface de l'échantillon comme l'aiguille d'un tourne-disque et enregistre les irrégularités atomiques et les différences d'environ un nanomètre (un milliardième de millimètre) avec de minuscules courants électriques. Cependant, même si la pointe du microscope n'a que la largeur d'un atome, il n'a pas été en mesure jusqu'à présent de jeter un coup d'œil à l'intérieur des molécules.

"Afin d'augmenter la sensibilité pour les molécules organiques, nous mettons un capteur et un transducteur de signal sur la pointe, " explique le Dr Ruslan Temirov. Les deux fonctions sont remplies par une petite molécule composée de deux atomes de deutérium, aussi appelé hydrogène lourd. Comme il est suspendu à la pointe et peut être déplacé, il suit les contours de la molécule et influence le courant s'écoulant de la pointe du microscope. L'une des premières molécules étudiées par Temirov et ses collaborateurs était le composé dianhydride pérylène tétracarboxylique. Il se compose de 26 atomes de carbone, huit atomes d'hydrogène et six atomes d'oxygène formant sept cycles interconnectés. Les images précédentes ne montraient qu'une tache d'un diamètre d'environ un nanomètre et sans aucun contour. Tout comme une image radiographique, le microscope à effet tunnel Juelich montre la structure interne en nid d'abeille de la molécule, qui est formé par les anneaux.

"C'est la simplicité remarquable de la méthode qui la rend si précieuse pour les recherches futures, " dit le professeur Stefan Tautz, Directeur à l'Institut des bio- et nanosystèmes du Forschungszentrum Juelich. La méthode Juelich a fait l'objet d'un brevet et peut être facilement utilisée avec les microscopes à effet tunnel du commerce. « Les dimensions spatiales à l'intérieur des molécules peuvent désormais être déterminées en quelques minutes, et la préparation de l'échantillon est basée principalement sur des techniques standard, " dit Tautz. Dans l'étape suivante, les scientifiques de Jülich prévoient également de calibrer l'intensité du courant mesurée. S'ils réussissent, les intensités de courant mesurées peuvent permettre de déterminer directement le type d'atomes.

Après la publication des premières images réalisées avec la nouvelle méthode en 2008, le groupe de recherche de Tautz et Temirov a maintenant pu expliquer le principe de fonctionnement de la mécanique quantique du deutérium à la pointe du microscope. Leurs résultats ont été soutenus par des calculs assistés par ordinateur par le groupe de travail du professeur Michael Rohlfing à l'Université d'Osnabruck. La répulsion de Pauli à courte portée est une force physique quantique entre le deutérium et la molécule qui module la conductivité et nous permet de mesurer les structures fines de manière très sensible.

La méthode Juelich peut être utilisée pour mesurer la structure et la distribution de charge de molécules plates qui peuvent être utilisées comme semi-conducteurs organiques ou dans le cadre de futurs dispositifs électroniques rapides et efficaces. Les grandes biomolécules tridimensionnelles telles que les protéines peuvent être examinées dès que les techniques ont été affinées.