El oxígeno es altamente reactivo. Se acumula en muchas superficies y determina su comportamiento químico. En la Universidad Tecnológica de Viena, los científicos estudian la interacción entre las superficies de oxígeno y óxido de metal, que juegan un papel importante en muchas aplicaciones técnicas, desde sensores químicosy catalizadores para la electrónica.
Sin embargo, es extremadamente difícil estudiar las moléculas de oxígeno en la superficie del óxido metálico sin alterarlas. En TU Wien, esto ahora se ha logrado con un truco especial: un solo átomo de oxígeno está unido a la punta de un microscopio de fuerza atómica yluego se guía suavemente a través de la superficie. Se mide la fuerza entre la superficie y el átomo de oxígeno, y se toma una imagen con una resolución extremadamente alta. Los resultados ahora se han publicado en el Actas de la Academia Nacional de Ciencias .
diferentes tipos de oxígeno
"En los últimos años, se ha investigado bastante sobre cómo se une el oxígeno a las superficies de óxido de metal", dice el profesor Martin Setvin, del Instituto de Física Aplicada de TU Wien. "Do O 2 ¿las moléculas permanecen intactas, o se descomponen en átomos individuales? ¿O podría ser posible que se forme el llamado tetraoxígeno, un complejo de cuatro átomos? Tales preguntas son importantes para comprender las reacciones químicas en la superficie del óxido de metal ".
Desafortunadamente, no es fácil tomar una fotografía de estos átomos. Los microscopios de túnel de escaneo a menudo se utilizan para obtener imágenes de superficies átomo por átomo. Se pasa una punta fina sobre la muestra a una distancia extremadamente corta, de modo que los electrones individuales puedan pasar entrela muestra y la punta. Se mide la pequeña corriente eléctrica que resulta. Sin embargo, este método no se puede utilizar para las moléculas de oxígeno: se cargarían eléctricamente y cambiarían por completo su comportamiento.
Los científicos de Viena utilizaron un microscopio de fuerza atómica en su lugar. Aquí también, una punta delgada se mueve a través de la superficie. En este caso, no fluye corriente, pero se mide la fuerza que actúa entre la punta y la superficie. Se realizó un truco especialdecisivo: la funcionalización de la punta: "Un único átomo de oxígeno es capturado primero por la punta del microscopio de fuerza atómica y luego se mueve a través de la superficie", explica Igor Sokolovic. El átomo de oxígeno sirve como una sonda altamente sensible para examinar elsuperficie punto por punto.
Dado que no fluye corriente y el átomo de oxígeno nunca entra en contacto total con la superficie, este método es extremadamente suave y no cambia los átomos en la superficie del óxido metálico. De esta manera, la geometría de los depósitos de oxígeno en el óxido metálicopuede ser examinado en detalle.
Un método versátil
"Esta funcionalización de la punta al colocar un átomo muy específico sobre ella se ha desarrollado en los últimos años, y ahora estamos mostrando por primera vez que se puede aplicar a las superficies de óxido de metal", dice Setvin.
Resulta que las moléculas de oxígeno se pueden unir al óxido metálico de diferentes maneras, ya sea en los átomos de titanio en la superficie o en ciertas posiciones, donde falta un átomo de oxígeno. Dependiendo de la temperatura, las moléculas de oxígeno puedenluego se dividió en dos átomos de oxígeno individuales. Sin embargo, no se encontró tetraoxígeno, un complejo hipotético de cuatro átomos de oxígeno.
"Las superficies de óxido de titanio que examinamos de esta manera son un caso prototipo para poner a prueba este método", explica Martin Setvin. "Pero las ideas que obtenemos de nuestros experimentos también se aplican a muchos otros materiales". Microscopía con unLa punta funcionalizada en un microscopio de fuerza atómica es un método versátil para obtener imágenes de una estructura de superficie con resolución atómica sin destrucción y sin cambio electrónico.
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Materiales proporcionado por Universidad Tecnológica de Viena . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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