Veient la distribució de densitat a les molècules: un nou avenç

He vist a Imaging the charge distribution within a single moleculede Nature Nanotechnology (gràcies a Slashdot, IBM researchers image electrical charge distribution in a single molecule) que s’ha fet un pas més en la determinació experimental de la densitat electrònica d’una molècula individual, gràcies a una combinació de tècniques de microscòpia aplicades a naftalocianina adsorbida sobre una superfície de Coure.

La tècnica que hi ha al darrere és complexa i la precisió que cal tenir molt alta, a més d’haver d’aplicar diferents voltatges (dels voltants de mig eV, corresponents a les energies dels “orbitals” moleculars). És interessant, però, com per “comprovar” les dades experiementals, o fins i tot per comprovar la seva versomilitud, es fan servir càlculs DFT de química computacional.

En la introducció s’hi diu que

We use a combination of scanning tunnelling microscopy, atomic force microscopy and Kelvin probe force microscopy to examine naphthalocyanine molecules (which have been used as molecular switches¹³) on a thin insulating layer of NaCl on Cu(111). We show that Kelvin probe force microscopy can map the local contact potential difference of this system with submolecular resolution, and we use density functional theory calculations to verify that these maps reflect the intramolecular distribution of charge. This approach could help to provide fundamental insights into single-molecule switching and bond formation, processes that are usually accompanied by the redistribution of charge within or between molecule

Una de les tècniques usades és fer servir una punta amb una molècula de CO que interactua amb la superfície i amb la nftalocianina. Per un altre cantó, s’hi mesurent intensitats de camp elèctric detectat (pel corrent que generen amb la punta del microscopi). Malgrat que és un tema físic, com que molts dels articles de la meva vida investigadora han tractat els camps elèctrics, si hi destino una mica de temps de qualitat (difícil, per altra part), potser ho entendré una mica millor.  La diferent densitat electrònica en una molècula fa que la puntxa del microscopi senti la molècula de forma diferent segons la zona on s’apropi. El que és meravellós és que la punxa sigui tan petita que pugui recórrer la molècula… i que la trasllació de la punxa pugui ser tan precisa!

Conclou l’article, que és un avenç però encara deu tenir camp per recórrer fins a trobar distribucions de càrrega de forma eficient:

Our findings open up the possibility of directly imaging the charge distribution within single-molecule charge-transfer complexes, which hold promise for future applications such as solar photoconversion or energy storage. Furthermore, in combination with atomic manipulation techniques, it will now be possible to investigate, at the single-molecule level, how charge is redistributed when individual chemical bonds are formed between atoms and molecules on surfaces.

Aquí sí que hi ha un interès aplicata: els complexos de transferència de càrrega, que permeten incursions en energia solas i en emmagatzamament d’energia. Un tema interessant que al nostre equip ens ocupa!