Microscoop laat zien dat moleculen uit atomen bestaan

Iedere middelbare scholier weet dat moleculen zijn opgebouwd uit atomen, maar wetenschappers van IBM hebben het voor het eerst zichtbaar gemaakt. Zij wisten een bestaande microscoop zo aan te passen dat ze de 22 koolstof- en 14 waterstofatomen in een molecuul pentaceen in beeld konden brengen. Een nieuw hoogstandje van deze IBM-groep, die eerder dit jaar al een techniek ontwikkelde om de lading van individuele atomen af te lezen (Science, 28 augustus). Met een AFM of Atomaire Krachtsmicroscoop is het geen enkel probleem om afzonderlijke atomen op een oppervlak in beeld te brengen: een scherpe naald bevindt zich op het oppervlak en tast net als de naald van een ouderwetse platenspeler hoogteverschillen af. Zo is het mogelijk de posities van individuele atomen vast te leggen en zelfs atomen te manipuleren. Maar doordat atomen in een molecuul veel dichter bij elkaar zitten, laat een AFM-plaatje van een molecuul niet méér zien dan een vormeloze hoop. De naald is niet scherp genoeg om details binnenin een molecuul scherp in beeld te krijgen.

Leo Gross en zijn collega’s van het Zwitserse IBM Laboratorium in Rüschlikon bedachten hiervoor een simpele oplossing: zij pikten met de punt van de naald eerst een klein molecuul koolmonoxide (CO) op van het oppervlak en tastten vervolgens met deze ultrascherpe atoomtip een veel groter molecuul af. Om ervoor te zorgen dat het CO niet los zou schieten, brachten ze de naald niet in contact met de ondergrond maar lieten ze hem er vlak boven met hoge frequentie trillen. Uit geringe veranderingen in de trillingsfrequentie konden ze vervolgens exact de posities van de atomen bepalen: zo werden voor het eerst de vijf koolstofringetjes van het pentaceen zichtbaar. De gemeten krachten bleken bovendien goed overeen te komen met de theoretisch voorspelde waarden. In de toekomst hopen de IBM-onderzoekers zelfs de reactiviteit van de verschillende stukken van het onderliggende molecuul met hun microscoop te kunnen bepalen. Rob van den Berg