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(gè)觀察鹵素原子周圍不均勻電子電荷分布的方法，從而證實(shí)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(duì)黑洞的首次觀測相比，這一突破將有助于理解單個(gè)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(jí)計(jì)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€(gè)原子進(jìn)行成像，從而超越原子水平到亞原子水平。現(xiàn)象。科學(xué)家們第一次直接觀察到鹵素元素單個(gè)原子上的不對(duì)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(duì)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(shí)驗(yàn)研究的領(lǐng)先專家 Pavel Jelínek 解釋說，從這個(gè)意義上說，σ 孔的成像代表了原子水平上的一個(gè)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(gè)令人驚訝的現(xiàn)實(shí)，即一個(gè)分子的鹵素原子與第二個(gè)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(shí)驗(yàn)條件。隨后將實(shí)驗(yàn)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(duì)非均勻電子密度電荷分布(即 sigma 孔)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)可視化，并最終確認(rèn)了鹵素鍵的概念。
“我們通過使用單個(gè)氙原子對(duì)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(shí)空間，并證實(shí)了理論預(yù)測，”
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