反応中の分子構造の変化を初めて画像化

研究者らは、化学反応の前後の分子の原子レベルの画像を初めて撮影した。これは、研究者や学生が化学をより良く視覚化するのに役立ち、最終的には電子機器の改良につながる可能性がある画期的な成果である。

従来、科学者は反応で分子の構造がどのように変化するかを推測しなければなりませんでした。「化学では、フラスコに物質を投入すると、何か別のものが出てきますが、通常、何が入っているかについては非常に間接的な情報しか得られません」と、カリフォルニア大学バークレー校の化学助教授で主任研究者のフェリックス・フィッシャーはプレスリリースで述べています。「核磁気共鳴、赤外線、紫外線スペクトルを取得してそれを推測する必要があります。すべての情報をまとめて、構造がどのようなものかを突き止めるのは、パズルのようなものです。しかし、それは単なる影です。ここでは、実際にそれを見て、これがまさにその分子であると断言できる技術が手元にあります。スナップショットを撮るようなものです。」

フィッシャー氏と彼の同僚は、新しいグラフェンナノ構造の構築を試みながら、分子の正確な構造（原子間の化学結合に至るまで）と、反応中にその構造がどのように変化するかを視覚化することができました。

鍵となるのは、「非接触型原子間力顕微鏡」と呼ばれる技術です。顕微鏡の超精密な炭素分子の先端が分子内の原子間の電子結合をトレースし、まるで拓本のような画像を作成します。

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その意味は単純（「化学を視覚化するのは素晴らしい！」）かつ複雑です。グラフェンのナノ構造を正確に配置すると、途方もなく小さな機械を構築できます。しかし、それらを正確に配置するには、まず視覚化する必要があります。「原子間力顕微鏡は、化学結合に関する新しい情報を提供します。これは、さまざまな分子構造がどのように接続し、ある形状から別の形状に変換するかを理解するのに非常に役立ちます」と、カリフォルニア大学バークレー校の物理学教授であるマイケル・クロミーは言います。「これは、電子デバイスで使用するための特定の形状と構造を持つ原子の結合ネットワークなど、新しい人工ナノ構造を作成するのに役立つはずです。これは、今後の方向性を示しています。」

これらの画像は先週、サイエンス・エクスプレス誌に掲載された。