Utilizando una sola molécula como sensor, los científicos de Jülich han captado con éxito imágenes de campos de potencial eléctrico con una precisión inigualable. Las imágenes de resolución ultra alta proporcionan información sobre la distribución de cargas en las capas electrónicas de moléculas individuales e incluso átomos. La técnica 3D estambién sin contacto. Los primeros resultados obtenidos con la "microscopía de escaneo de puntos cuánticos" se han publicado en la edición actual de Cartas de revisión física . La publicación relacionada fue elegida como sugerencia del editor y seleccionada como un punto de vista en el portal de ciencias Física. La técnica es relevante para diversos campos científicos, incluidas las investigaciones sobre biomoléculas y materiales semiconductores.
"Nuestro método es el primero en obtener imágenes de campos eléctricos cerca de la superficie de una muestra cuantitativamente con precisión atómica en la escala subnanométrica", dice el Dr. Ruslan Temirov de Forschungszentrum Jülich. Estos campos eléctricos rodean todas las nanoestructuras como un aura.las propiedades proporcionan información, por ejemplo, sobre la distribución de cargas en átomos o moléculas.
Para sus mediciones, los investigadores de Jülich utilizaron un microscopio de fuerza atómica. Esto funciona un poco como un reproductor de discos: una punta se mueve a través de la muestra y junta una imagen completa de la superficie. Para obtener imágenes de campos eléctricos hasta ahora, los científicos tienenusó toda la parte frontal de la punta de escaneo como una sonda Kelvin, pero la gran diferencia de tamaño entre la punta y la muestra causa dificultades de resolución, si imaginamos que un solo átomo tiene el mismo tamaño que la punta de un alfiler,entonces la punta del microscopio sería tan grande como el Empire State Building.
Molécula individual como sensor
Para mejorar la resolución y la sensibilidad, los científicos de Jülich unieron una sola molécula como un punto cuántico a la punta del microscopio. Los puntos cuánticos son estructuras diminutas, que miden no más de unos pocos nanómetros de ancho, lo que debido al confinamiento cuántico puedesolo asuma ciertos estados discretos comparables al nivel de energía de un solo átomo.
La molécula en la punta del microscopio funciona como un balance de haz, que se inclina hacia un lado o hacia el otro. Un cambio en una dirección u otra corresponde a la presencia o ausencia de un electrón adicional, que salta de la puntaa la molécula o no. El equilibrio "molecular" no compara pesos sino dos campos eléctricos que actúan sobre el electrón móvil del sensor molecular: el primero es el campo de una nanoestructura que se está midiendo, y el segundo es un campo que rodeala punta del microscopio, que lleva un voltaje.
"El voltaje en la punta varía hasta alcanzar el equilibrio. Si sabemos qué voltaje se ha aplicado, podemos determinar el campo de la muestra en la posición de la molécula", explica el Dr. Christian Wagner, miembro de TemirovGrupo de Jóvenes Investigadores del Instituto Peter Grünberg de Jülich PGI-3. "Debido a que todo el balance molecular es tan pequeño, que comprende solo 38 átomos, podemos crear una imagen muy nítida del campo eléctrico de la muestra. Es un poco como una cámaracon píxeles muy pequeños "
aplicable universalmente
Una patente está pendiente para el método, que es particularmente adecuado para medir superficies rugosas, por ejemplo, las de estructuras semiconductoras para dispositivos electrónicos o biomoléculas plegadas ". En contraste con muchas otras formas de microscopía de sonda de barrido, la microscopía de puntos cuánticos puede inclusotrabajar a una distancia de varios nanómetros. En el nanomundo, esta es una distancia bastante considerable ", dice Christian Wagner. Hasta ahora, la técnica desarrollada en Jülich solo se había aplicado en alto vacío y a bajas temperaturas: requisitos previos esenciales para unir cuidadosamente elmolécula única hasta la punta del microscopio.
"En principio, las variaciones que funcionarían a temperatura ambiente son concebibles", cree el físico. Otras formas de puntos cuánticos podrían usarse como un sensor en lugar de la molécula, como las que se pueden realizar con materiales semiconductores: unoejemplo serían los puntos cuánticos hechos de nanocristales como los que ya se usan en investigaciones fundamentales.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Forschungszentrum Juelich . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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