捷克科學家成為第一個觀察到原子上不均勻電子電荷分布的人

直到現(xiàn)在，觀察亞原子結構都超出了直接成像方法的分辨率能力，這似乎不太可能改變。然而，捷克科學家提出了一種方法，他們成為世界上第一個觀察鹵素原子周圍不均勻電子電荷分布的方法，從而證實了一種理論上已預測但從未直接觀察到的現(xiàn)象的存在。與對黑洞的首次觀測相比，這一突破將有助于理解單個原子或分子之間的相互作用以及化學反應，并開辟了一條改進各種物理、生物和化學的材料和結構特性的途徑。系統(tǒng)。這一突破將于周五發(fā)表在《科學》雜志上。

在廣泛的跨學科合作中，來自奧洛穆茨帕拉茨基大學捷克先進技術研究所 (CATRIN)、捷克科學院物理研究所 (FZU)、捷克科學院有機化學和生物化學研究所的科學家們(IOCB 布拉格)和 VSB 的 IT4Innovations 超級計算中心 - 俄斯特拉發(fā)技術大學已經成功地顯著提高了掃描顯微鏡的分辨率能力，幾年前，它使人類能夠對單個原子進行成像，從而超越原子水平到亞原子水平。現(xiàn)象?？茖W家們第一次直接觀察到鹵素元素單個原子上的不對稱電子密度分布，即所謂的 sigma-hole。在這樣做，

“確認理論上預測的 sigma-holes 的存在與觀察黑洞沒有什么不同，盡管廣義相對論在 1915 年預測了黑洞，但直到兩年前才被發(fā)現(xiàn)。FZU 和 CATRIN 理論和實驗研究的領先專家 Pavel Jelínek 解釋說，從這個意義上說，σ 孔的成像代表了原子水平上的一個類似里程碑并不過分。固體物質表面分子結構的物理和化學性質。

到目前為止，被稱為 sigma-hole 的現(xiàn)象的存在已經通過具有鹵素鍵的 X 射線晶體結構間接證明，這揭示了一個令人驚訝的現(xiàn)實，即一個分子的鹵素原子與第二個氮或氧原子化學鍵合應該相互排斥的分子靠得很近，從而相互吸引。這一觀察結果與這些原子攜帶同質負電荷并通過靜電力相互排斥的前提明顯矛盾。

這促使科學家們使用開爾文探針力顯微鏡檢查鹵素的亞原子結構。他們首先開發(fā)了一種描述開爾文探針原子分辨率機制的理論，這使他們能夠優(yōu)化成像 sigma 孔的實驗條件。隨后將實驗測量和先進的量子化學方法相結合，取得了顯著的突破——首次對非均勻電子密度電荷分布(即 sigma 孔)進行實驗可視化，并最終確認了鹵素鍵的概念。

“我們通過使用單個氙原子對尖端探針進行功能化，提高了開爾文探針力顯微鏡的靈敏度，這使我們能夠觀察溴化四苯甲烷分子內溴原子的不均勻電荷分布，即真實空間，并證實了理論預測，”

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