原子力显微镜图像显示了最详细的键形成

在现有的令人惊叹的单个原子的显微镜图像的推动下，德国的科学家们已经意识到他们可以观察到原子对之间形成的键。¹弗朗茨Giessibl雷根斯堡大学的科学家和他的同事在亚原子分辨率下追踪了一氧化碳分子对单个原子施加的力，并做出了新的解释。

一氧化碳首先通过弱范德华力与金属原子结合，称为物理吸附。现在，研究人员已经研究了更强的直接键的变化，即化学吸附。“实际上，我们可以在一个真实的实验中记录下教科书上描述从物理吸收到化学吸收转变的能量曲线，距离物理学家描述这一过程已经过去了近90年。约翰·伦纳德·琼斯爵士吉斯贝尔说manbetx手机客户端3.0。他说，目前我们还不知道有其他观察到如此详细的情况。

2015年，giesssibl的团队发表了亚原子分辨率原子力显微镜(AFM)的图片单个铜和铁原子。²在艰苦的实验中，他的团队首先将一氧化碳分子放置在原子力显微镜仪器的铜尖端上。然后，他们扫描单个原子，绘制出几微米或几千万亿分之一米尺度上力的微小变化。但他们的发现让他们感到困惑。

“在那个时候，人们认为一氧化碳的尖端基本上可以成像样品的总电荷密度，”Giessibl解释说。这意味着顶端的排斥力在原子中心是最大的，这意味着它们在原子力显微镜图像中看起来像球体。相反，斥力落在它们的中心，它们看起来像环。一些科学家认为，这种效应可能是因为一氧化碳分子倾斜，这是解释这种原子力显微镜图像的一个已知问题。

有力的例子

giesssibl的博士生Ferdinand Huber和Julian Berwanger仔细研究了铁原子之间的相互作用。在最初的范德华引力之后，他们记录了排斥力，正如预期的那样。但随后出现了一种更强烈的吸引力。他们逐渐明白，这是化学键形成的结果。一氧化碳尖端在金属原子上经历了从物理吸附到化学吸附的变化。

giesssibl解释说，一氧化碳尖端和铁原子之间的范德华键产生了5meV势能的吸引力。克服排斥力后，形成具有80meV势能的化学键。“虽然这个键仍然比一氧化碳分子的碳端和原子力显微镜尖端的铜端之间的键弱，但它比范德华键强16倍。”

研究人员发现铜原子也有类似的效果，但硅原子没有。相反，在最初微弱的范德华引力之后，硅产生了排斥力，在AFM图像中具有预期的球形外观。这一证据表明，科学家们看到了铁和铜等金属原子的化学吸附，但没有看到半金属硅。

为了让这个案例更加引人注目，休伯特艾伯特他在慕尼黑路德维希·马克西米利安大学的研究小组利用密度泛函理论(DFT)计算帮助解释了这些观测结果。他们的模拟表明，这些图像与金属原子中的电子轨道和一氧化碳尖端的氧原子的杂化有关。因此，giesssibl说，“称之为键的形成是恰当的。”

这项研究表明，原子力显微镜的提示“需要被包括在对自动分辨图像的解释中”Ulrike Diebold他是奥地利维也纳理工大学的表面物理学专家。数据的质量非常好。它还令人信服地显示了这种对比——表面上一个孤立的铜或铁原子周围的明亮环——来自哪里。”