直到現(xiàn)在，觀察亞原子結(jié)構(gòu)都超出了直接成像方法的分辨率能力，這似乎不太可能改變。然而，捷克科學(xué)家提出了一種方法，他們成為世界上第一個觀察鹵素原子周圍不均勻電子電荷分布的方法，從而證實了一種理論上已預(yù)測但從未直接觀察到的現(xiàn)象的存在。與對黑洞的首次觀測相比，這一突破將有助于理解單個原子或分子之間的相互作用以及化學(xué)反應(yīng)，并開辟了一條改進(jìn)各種物理、生物和化學(xué)的材料和結(jié)構(gòu)特性的途徑。系統(tǒng)。這一突破將于周五發(fā)表在《科學(xué)》雜志上。
在廣泛的跨學(xué)科合作中，來自奧洛穆茨帕拉茨基大學(xué)捷克先進(jìn)技術(shù)研究所 (CATRIN)、捷克科學(xué)院物理研究所 (FZU)、捷克科學(xué)院有機(jī)化學(xué)和生物化學(xué)研究所的科學(xué)家們(IOCB 布拉格)和 VSB 的 IT4Innovations 超級計算中心 - 俄斯特拉發(fā)技術(shù)大學(xué)已經(jīng)成功地顯著提高了掃描顯微鏡的分辨率能力，幾年前，它使人類能夠?qū)蝹€原子進(jìn)行成像，從而超越原子水平到亞原子水平?，F(xiàn)象?？茖W(xué)家們第一次直接觀察到鹵素元素單個原子上的不對稱電子密度分布，即所謂的 sigma-hole。在這樣做，
“確認(rèn)理論上預(yù)測的 sigma-holes 的存在與觀察黑洞沒有什么不同，盡管廣義相對論在 1915 年預(yù)測了黑洞，但直到兩年前才被發(fā)現(xiàn)。FZU 和 CATRIN 理論和實驗研究的領(lǐng)先專家 Pavel Jelínek 解釋說，從這個意義上說，σ 孔的成像代表了原子水平上的一個類似里程碑并不過分。固體物質(zhì)表面分子結(jié)構(gòu)的物理和化學(xué)性質(zhì)。
到目前為止，被稱為 sigma-hole 的現(xiàn)象的存在已經(jīng)通過具有鹵素鍵的 X 射線晶體結(jié)構(gòu)間接證明，這揭示了一個令人驚訝的現(xiàn)實，即一個分子的鹵素原子與第二個氮或氧原子化學(xué)鍵合應(yīng)該相互排斥的分子靠得很近，從而相互吸引。這一觀察結(jié)果與這些原子攜帶同質(zhì)負(fù)電荷并通過靜電力相互排斥的前提明顯矛盾。
這促使科學(xué)家們使用開爾文探針力顯微鏡檢查鹵素的亞原子結(jié)構(gòu)。他們首先開發(fā)了一種描述開爾文探針原子分辨率機(jī)制的理論，這使他們能夠優(yōu)化成像 sigma 孔的實驗條件。隨后將實驗測量和先進(jìn)的量子化學(xué)方法相結(jié)合，取得了顯著的突破——首次對非均勻電子密度電荷分布(即 sigma 孔)進(jìn)行實驗可視化，并最終確認(rèn)了鹵素鍵的概念。
“我們通過使用單個氙原子對尖端探針進(jìn)行功能化，提高了開爾文探針力顯微鏡的靈敏度，這使我們能夠觀察溴化四苯甲烷分子內(nèi)溴原子的不均勻電荷分布，即真實空間，并證實了理論預(yù)測，”
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