Фізики вперше зняли Ван-дер-Ваальсові зв'язки

Міжнародний колектив фізиків з США і Китаю за допомогою скануючого тунельного мікроскопа вперше отримав зображення моношару атомів ксенона, на якому, як припускають автори, відображено ван дер Ваальсови зв'язку. Стаття опублікована в .Сили Ван-дер-Ваальса є одними з найслабших міжатомних взаємодій, проте їх особливістю є те, що вони проявляються між атомами будь-яких елементів, незалежно від їх хімічного споріднення. Завдяки цьому сили Ван-дер-Ваальса існують навіть між атомами інертних газів, призводячи до їх слабкої асоціації та утворення конденсованих середовищ (рідких і твердих). Незважаючи на те, що роль Ван-дер-Ваальсових взаємодій в різних процесах добре відома, їх не вдавалося відобразити в явному вигляді, так як досі не ясно, чи супроводжує цим силам якусь явну зміну електронної щільності, яку можна «побачити» за допомогою тих чи інших експериментів. Автори нової роботи досліджували шари атомів ксенону, адсорбовані на різних підкладках - кристалічному сріблі і великих органічних молекулах. Для цього вчені використовували скануючий тунельний мікроскоп зі срібним зондом, на кінці якого була адсорбована одна молекула чадного газу (CO). Як сигнал слугувала зміна енергії коливань цієї молекули залежно від її оточення: так, коли зонд знаходився над умовною лінією, що з'єднувала два атома ксенона, енергія коливань CO зменшувалася, а при переміщенні його в «западину» між трьома сусідніми атомами - збільшувалася. За результатами проведених досліджень автори отримали карти із зображенням адсорбованого ксенона. На них добре розрізняються атоми інертного газу, але, крім того, видно і лінії, що з'єднують сусідні атоми. Автори трактують ці дані як візуалізацію Ван-дер-Ваальсових взаємодій, оскільки чутливість CO-зонда дозволяє розрізнити навіть такі слабкі спотворення в оточенні.


Нова робота встигла викликати хвилю обговорень у середовищі фізиків, близьких до цієї області. Незважаючи на те, що учасники погоджуються з високим експериментальним рівнем проведеного дослідження, не всі приймають трактування, запропоноване авторами. Зокрема, у схожій роботі автори вивчали, наскільки добре можна візуалізувати водневі зв'язки за допомогою атомно-силової мікроскопії з CO-зондом. У цій статті вчені дійшли висновку, що спостерігаються на картах лінії між атомами виникають внаслідок спотворень при вимірі сили, таким чином їх не можна вважати візулізацією водневих зв'язків. Ван-дер-Ваальсові взаємодії відіграють роль не тільки на масштабах, близьких до розміру атомів або молекул, як це відбувається в разі конденсації інертних газів. Через те, що ці сили аддитивні, при взаємодії двох більш великих тіл (колоїдних частинок, наприклад), вклади від усіх атомів підсумовуються, що в підсумку призводить до появи взаємодії, помітної вже не на нано-, а не мікро-рівні. Так, у добре відомій теорії, що описує стійкість колоїдних розчинів (до них належать всілякі наночастинки, зважи квантових точок тощо) саме Ван-дер-Ваальсови взаємодії грають одну з ключових ролей і призводять до злипання частинок і випадання осаду, якщо систему додатково не стабілізувати.


COM_SPPAGEBUILDER_NO_ITEMS_FOUND