Со времен академика Бутлерова ученым понятно, что химические свойства вещества зависят не только от качественного и количественного состава его молекулы, но и от пространственного расположения атомов в ней. Однако чтобы представить, как именно расположены относительно друг друга атомы в сложных соединениях, ученым приходилось пользоваться косвенными данными и напрягать воображение: существовавшие до сих пор методики позволяли только получить изображение поверхности молекулы, но не заглянуть внутрь.
Микромир становится ближе, или Как выглядят первые голограммы молекул
Новая технология позволяет создавать 3D-модели молекул. Теперь ученым станет легче предсказывать свойства новых материалов — даже самых сложных.
Чтобы не строить из пластмассовых шариков модели вроде тех, что украшают станцию метро Менделеевская в Москве, Тобиас Лури его команда разработали первую в мире технологию создания голограмм молекул.
Предыдущие попытки создания молекулярных голограмм давали неудовлетворительные результаты из-за большого количества искажений и помех. Даже самые лучшие из них показывали объекты, содержащие не более 10 атомов, и пасовали перед более сложными соединениями.
Новый метод позволяет избежать искажений, показывая объекты, состоящие из тысяч атомов, и даже позволяя отличать атомы разных элементов друг от друга.
Ключ к успеху — электромагнитные волны высокой энергии
Суть его заключается в следующем: электромагнитное излучение атомов целевой молекулы рассеивают, а потом сравнивают рассеянное излучение с электромагнитным «портретом», зафиксированным до рассеяния. Результаты сравнения позволяют создавать трехмерные изображения, в которых отображено настоящее расположение атомов в пространстве. Эксперименты завершились успехом только тогда, когда исследователи решили использовать электромагнитные волны на порядок более высокой, чем в предыдущих экспериментах, энергии. Чтобы добиться более высокой точности изображения, ученые сделали не один, а 20 снимков одной и той же молекулы.
Голограммы могут стать надежным инструментом для разработки новых материалов и предсказания их свойств, а так же исследования сложных органических веществ.