Voor de allereerste keer zijn scheikundigen erin geslaagd een atomische foto te maken van stoffen voor en na een chemische reactie. Met dergelijke foto’s kunnen wetenschappers de scheikundige processen nauwkeuriger dan ooit bestuderen.
Bron: UC Berkeley
De foto toont hoe de structuur van het molecuul er voor en na de reactie uitziet, waarbij individuele atomen duidelijk zichtbaar zijn. ‘Hoewel dagelijks met deze moleculen werk, stond ik versteld om ze daadwerkelijk te kunnen zien. Wow!’, zegt de Amerikaanse chemicus Felix Fischer in een persverklaring. Hij leidde het onderzoek en is meer dan tevreden over de resultaten, ‘Dit is wat mijn docenten zeiden dat ik nooit zou kunnen zien, en nu hebben we het tegendeel bewezen.’
Snapshot
De foto is gemaakt met een atoomkrachtmicroscoop. Bij dit soort microscopen beweegt een naald vlak boven het oppervlak van een object. De bewegingen van de naald zijn met enorme precisie te volgen, waardoor de naald het oppervlak op atoomschaal kan aftasten. De onderzoekers breidden de gebruikelijke atoomkrachtmicroscoop uit met een nieuwe techniek. Ze plaatsten de moleculen op een oppervlak dat ze tot zo’n -270 °C koelden. Daardoor konden de deeltjes nauwelijks meer bewegen. Vervolgens plaatsten ze een molecuul koolstofmonoxide op het puntje van de naald, wat de resolutie van de microscoop sterk verbeterde. Nadat ze een beeld hadden, verhitten ze de moleculen en lieten ze de reactie plaatsvinden, waarna het proces opnieuw begon voor het tweede beeld.
Heersen zwermen killerdrones straks over het slagveld?
Een luchtruim gevuld door kunstmatig intelligente killerdrones, die autonoom bepalen wie blijft leven en wie zal sterven. Hoe waarschijnlijk is dat?
Normaal gesproken gebruiken chemici bijvoorbeeld spectroscopie om af te leiden tot welke stof een reactie leidt. ‘Dat is net een puzzel, je combineert je informatie en leidt daaruit af hoe de structuur van de stof eruit ziet. Maar dat is eigenlijk maar een schaduw. Nu hebben we een techniek waarbij we direct naar het nieuwe molecuul kunnen kijken’, aldus Fisher.
Bron: UC Berkeley
Van grafeen naar elektronica
Fisher ontwikkelde de fototechniek terwijl hij een manier zocht om structuren te bouwen van grafeen, een sterk materiaal dat bestaat uit een enkele laag koolstofatomen. Fisher weet echter zeker dat de foto’s voor veel meer toepassingen nuttig zullen zijn. ‘De techniek zal bijvoorbeeld nuttig zijn bij onderzoek naar heterogene katalysatoren’, geeft Fischer als voorbeeld. Dit soort katalysatoren vindt je bijvoorbeeld in het uitlaatsysteem van automotoren.
Zijn medeonderzoeker, fysicus Michael Crommie, heeft een andere toepassing op het oog. ‘Het zal ons ook helpen structuren op een nanoschaal te begrijpen, zoals netwerken van atomen die een bepaalde vorm en structuur moeten hebben in elektronische apparatuur.’