Человек увидел электрон. Получено изображение электронных орбиталей

Команда физиков под руководством Университета Техаса в Остине смогла непосредственно наблюдать сигнатуры электронных орбиталей двух атомов металлов — железа (Fe) и кобальта (Co). Эти сигнатуры проявились в силах, измеренных атомно-силовыми микроскопами, а затем были смоделированы на суперкомпьютере.

Ученые из Университета Техаса в Остине, Принстонского университета и компании ExxonMobil непосредственно наблюдали сигнатуры электронных орбиталей в двух различных атомах переходных металлов - железа (Fe) и кобальта (Co). Эти сигнатуры проявились в силах, измеренных атомно-силовыми микроскопами, и в дальнейшем смоделированы на суперкомпьютере.

Cоавтор исследования Джеймс Р. Челиковски говорит: «Непосредственно наблюдая сигнатуры электронных орбиталей с помощью таких методов, как атомно-силовая микроскопия (АСМ), мы можем лучше понять поведение отдельных атомов и молекул, а в перспективе и разработать новые материалы со специфическими свойствами. Это особенно важно в таких областях, как материаловедение, нанотехнологии и катализ».

Необходимые расчеты электронной структуры основаны на теории функционала плотности (DFT), которая начинается с базовых квантовомеханических уравнений и служит практическим подходом для предсказания поведения материалов.

«Мы перемещали наконечник атомно-силового микроскопа над образцом и вычисляли квантовые силы в каждой отдельной точке сетки», — говорит соавтор работы Динсинь Фан. — «Это влечет за собой много вычислений. Встроенные пакеты программ на Stampede2 компании Texas Advanced Computing Center помогли нам провести анализ данных».

То, что сигнатуры электронных орбиталей действительно можно наблюдать с помощью АСМ, расширяет применение самой технологии атомно-силовой микроскопии в различных областях, например, в исследовании катализа.

Например, катализатор может ускорить определенную химическую реакцию, но неизвестно, какой молекулярный участок отвечает за катализ. Тогда наконечник АСМ, несущий молекулу катализатора, можно использовать для измерения взаимодействий на различных участках, и в конечном счете определить химически активный участок.

Более того, поскольку можно собрать информацию об орбиталях, можно предсказать, что произойдет, когда начнется химическая реакция. Это позволит разрабатывать более эффективные катализаторы.

Источник: vk.com

Комментарии: