دانشمندان برای اولین بار در تاریخ فیلمی از پیوند اتمها در مقیاس حدود نیم میلیون برابر کوچک‌تر از عرض موهای انسان را ضبط کرده‌اند.
به گزارش علمی‌ها و به نقل از Dailymail، تیمی از محققان دانشگاه ناتینگهام انگلیس و اولم آلمان با استفاده از روش‌های پیشرفته میکروسکوپی برای اولین بار شکستن و شکل گیری پیوند شیمیایی بین دو اتم رنیوم (Rhenium) را ضبط کردند. این فیلم دو اتم را که به صورت حباب‌های سیاه به نظر می‌رسند در مقیاس ۰٫۱ تا ۰٫۳ نانومتر نشان می‌دهد که در حال شکل گیری پیوند و شکستن آن هستند.
اتمها سازندگان جهان هستند و تمام مواد از لایه‌هایی از اتمها تشکیل شده‌اند، مگر اینکه از ماده یک لایه‌ای مانند گرافن ساخته شده باشند. در نهایت همه چیز با تعامل اتمها کنترل می‌شود انفجار، فرآیندهای شیمیایی موجود در بدن انسان و تولید انرژی در خورشید نمونه‌هایی از واکنش‌های میان اتمها هستند. اکنون برای اولین بار فیلم شکستن و شکل گیری دو پیوند در مقیاس اتمی ثبت شده است.
دکتر کچنگ کائو (Kecheng Cao) دستیار تحقیقاتی دانشگاه اولم آلمان، که آزمایشات تصویربرداری را انجام داد می‌گوید: به طور شگفت‌آوری کاملاً مشخص است که چگونه دو اتم به صورت جفت حرکت می‌کنند.
نکته بسیار مهم در فیلم این است که با حرکت ملکول Re2 به سمت نانولوله طول پیوند تغییر می‌کند، این امر نشان می‌دهد که بسته به محیط اطراف اتمها، پیوند قوی‌تر یا ضعیف‌تر می‌شود.
تهیه فیلم از شکستن یا شکل گیری پیوندهای شیمیایی به دلیل اندازه نانوسکوپی آنها یک چالش بزرگ است. این تیم از روشی به نام میکروسکوپ الکترونی عبوری (TEM) استفاده کردند، در این روش یک پرتو پرانرژی از طریق نمونه بسیار نازک تابیده می‌شود.
در این حالت محققان از نانولوله‌های کربنی به عنوان نمونه استفاده کردند. این نانولوله‌ها استوانه‌های توخالی کربن با قطر ۱-۲ نانومتر هستند که به عنوان لوله‌های آزمایش مینیاتوری برای اتمها در نظر گرفته شدند.
آندری کالبیستوف (Andrei Kholbystov) استاد نانومواد دانشگاه ناتینگهام گفت: نانولوله‌ها به ما کمک می‌کنند تا اتم یا مولکول را بگیریم و دقیقاً در جایی که می‌خواهیم قرار دهیم. در این مورد ما یک جفت اتم رنیوم (Re) را به دام انداختیم تا ملکول Re2 تشکیل شود. از آنجایی که رنیوم از عدد اتمی بالایی برخوردار است، در میکروسکوپ الکترونی عبوری آسان‌تر از عناصر سبک‌تر دیده شده و به ما امکان می‌دهد تا هر اتم فلزی را به عنوان یک نقطه تاریک مشخص کنیم.
پس از شکل گیری پیوند، اتم‌های Re2 لرزش کرده و شکل دایره‌ای خود را تغییر می‌دهند تا بیضی شده و پیوند بین خود را کش دهند. سرانجام ارتعاشات متوقف شد، اما کمی بعد اتمها دوباره به هم پیوسته و یک مولکول Re2 جدید ساختند.
دکتر استفان اسکورون (Stephen Skowron) دستیار تحقیقات در دانشگاه ناتینگهام گفت: مسئله چالش برانگیز این بود که فلزات گذار مانند Re، می‌توانند شکل‌های مختلفی از پیوندهای منفرد تا پنجگانه تشکیل دهند. وی در ادامه می‌گوید: در این آزمایش مشاهده کردیم که دو اتم رنیوم به طور عمده از طریق یک باند چهار طرفه پیوند می‌خورند، این امر بینش جدیدی درباره شیمی فلزات گذار ارائه می‌دهد.
پیوندهای بین اتم‌های فلزی در شیمی به ویژه در درک خصوصیات مغناطیسی، الکترونیکی یا کاتالیزوری مواد، بسیار مهم هستند. این تیم معتقدند که میکروسکوپ الکترونی می‌تواند تبدیل به یک روش کلی برای مطالعه واکنش‌های شیمیایی شود، مشابه روش‌های طیف سنجی با پرتوهای نور که به طور گسترده در آزمایشگاه‌های شیمی استفاده می‌شوند.
بیشتر بخوانید: کشف وضعیت جدیدی از ماده که در آن اتمها هم جامدند و هم مایع