IBM·워윅 과학자들, 고반응성 삼각형 분자 트리앙굴렌 최초 고해상도 이미지 포착

IBM과 워윅 대학 연구자들이 트리앙굴렌의 첫 클로즈업을 선사합니다.

(2017년 4월 7일, 업데이트: 논문이 Nature Nanotechnology 4월호 표지에 실림.)

Nature Nanotechnology 2017년 4월 Vol 12 No 4. 이미지 크레딧 니코 파블리첵, IBM 리서치. 표지 디자인: 베서니 부코마노빅

오늘 Nature Nanotechnology에 게재된 연구에서 IBM 과학자들이 보이지 않는 것을 보이게 만듭니다.

몇 주 전 IBM은 향후 5년간 연례 5대 예측을 발표했습니다. 이제 취리히 연구자들이 6번째 예측을 추가합니다: 전례 없는 정밀도로 가장 작은 알려진 분자들을 이미징하고 조작하는 능력.

전통적으로 펜타센, 올림픽켄, 헥사벤조코로넨, 세팔란돌 A 같은 분자들은 2D 막대 모델로 묘사됩니다. IBM이 2009년 도입한 현미경 방법 덕분에 전 세계 과학자들은 이제 이 구조들을 놀라운 디테일로 포착할 수 있게 되었습니다. 때로는 이론적 제안 후 수십 년 만에 처음으로.

"이러한 고분해능으로 개별 분자를 보는 것은 화학자들에게 변혁적입니다. 특히 특이하거나 고반응성 종에 대해."라고 데이비드 폭스 워윅 대학 교수는 말합니다.

데이비드 폭스 교수, 워윅 대학, 2012년 IBM 리서치와 첫 협업.

IBM 팀은 두 명의 ERC 그랜트 수상자 레오 그로스와 게르하르트 마이어를 포함하며, 원자 조작도 수행해 표면에서 제어된 화학 반응을 가능하게 합니다.

작년 산티아고 데 콤포스텔라 대학 CiQUS와 파트너십으로 팀은 버그만 고리화를 유도하고 관찰했으며, 전년도에는 115년 전 제안된 단명 고반응성 분자 아린들을 시각화해 존재를 확인했습니다.

오늘 IBM 연구자들과 워윅 화학자들이 1953년 처음 가설화되었지만 너무 불안정해 분리가 불가능하다고 여겨진 트리앙굴렌(클라르 탄화수소)을 합성하고 특성화했습니다.

"올림픽켄 프레임워크에 고리를 하나 추가해 복잡성을 높였지만 결국 매혹적 특성을 가진 분자를 생성했습니다."라고 아니쉬 미스트리, 워윅 대학은 설명합니다.

제1저자 니코 파블리첵, IBM은 "아린과 버그만 연구에서 사용한 원자 조작 기술로 트리앙굴렌을 생성했습니다. 이전에 합성되지 않은 고반응성 종으로 주목할 만한 자기적 특성을 가집니다."라고 말합니다.

이 연구는 1980년대 전 IBM 과학자들에게 노벨상과 카블리 상을 안겨준 주사 터널링 현미경(STM)과 원자 힘 현미경(AFM)의 IBM 선구적 결합을 기반으로 합니다.

이 연구에서 STM 팁이 전압 유도 터널링 전자로 전구체 분자에서 두 수소 원자를 제거했습니다. 결과물은 낮은 전압에서 이미징되어 분자 오비탈을 드러냈습니다. 밀도 함수 이론 계산이 트리앙굴렌이 표면 흡착 시 고유 특성을 유지함을 입증했습니다.

일산화탄소 종단 팁을 장착한 AFM이 평면 분자의 여섯 융합 벤젠 고리, 대칭 삼각형 형성을 분해능했습니다. 이것이 최초의 고해상도 이미지입니다.

IBM 과학자 레오 그로스, 트리앙굴렌 이미징에 사용된 AFM 기술 공동 개발.

그로스는 "시그마 라디칼은 일반적으로 구리와 결합하지만, 트리앙굴렌은 비편재화된 비공유 전자를 가진 파이 라디칼로 구리에서 그런 결합을 형성하지 않습니다. 이는 독특한 전자 구조를 강조하는 놀라운 결과입니다."라고 설명합니다.

비공유 전자는 분자 스케일에서 자기 모멘트를 발생시킵니다. 관행적 탄화수소에서 짝지어진 전자가 스핀 효과를 상쇄하지만, 트리앙굴렌의 비편재화 스핀은 측정 가능한 자성을 생성합니다. 이는 잠재적 스핀트로닉 응용 특성입니다.

파블리첵은 "제논이나 염화나트륨 표면에서 트리앙굴렌 자성이 지속됨을 입증했습니다. 그러나 현재 STM/AFM에 자기장이 없어 상세 자기 상태와 흥분은 추가 연구로 남습니다."라고 덧붙입니다.

이 연구는 IBM의 새로운 협력 컨소시엄인 IBM 리서치 프론티어스 인스티튜트 일부로, 멤버들이 획기적 기술 개발과 비즈니스 영향 평가를 위해 모입니다.

자금은 유럽위원회 Horizon 2020 PAMS, ITN QTea 프로젝트, ERC 그랜트 CEMAS, AMSEL로 부분 지원되었습니다.

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