Met een STM-microscoop kun je individuele moleculen ioniseren gedurende een tijd die je twee ordegroottes kunt laten variëren. Het geeft een ongekende mate van controle over de reactiviteit, schrijven onderzoekers van de University of Bath in Science.

Postdoc Kristina Rusimova ontdekte het bij toeval toen ze nog eens goed naar haar meetgegevens keek. ‘All the graphs were supposed to go up and mine went down.’

Het betrof een experiment dat onderdehand routine is. Via de STM-tastnaald pomp je een extra elektron in een molecuul dat plat op een kristaloppervlak ligt. Zo creëer je een aangeslagen toestand (excited state) die het molecuul een stuk reactiever maakt, tot het moment dat het elektron weer ontsnapt. Dat laatste is een kwestie van femtoseconden.

In dit geval was het molecuul tolueen, bestond de ondergrond uit een siliciumkristal (het Si(111)-7x7 -oppervlak, om precies te zijn) en bestond de ‘reactie’ uit het loskomen van het molecuul van dat oppervlak. Of dat laatste gebeurt is sowieso een kwestie van kansberekening, en je verwacht dat het extra toegevoegde elektron de kans vergroot dat het gebeurt. Maar de kans werd juist kleiner.

Nader onderzoek leerde dat het géén meetfout was. En Rusimova vermoedt nu dat ze een kwantumeffect heeft ontdekt dat het elektron een tweede route biedt om snel weer weg te komen uit het tolueen.

Kennelijk loopt die route niet via het siliciumoppervlak maar via de STM-naald. In elk geval is ze sterk afhankelijk van de exacte afstand tussen de naald en het molecuul: verklein je die van 800 naar 600 picometer, dan loopt de gemiddelde levensduur van de excited state terug van 10 naar minder dan 0,1 femtoseconde. In het laatste geval is de kans op desorptie kennelijk noig kleiner dan wanneer je haar van het toeval laat afhangen zonder ‘hulp’ van de STM.

Rusimova schrijft de ontdekking dan ook deels toe aan de mate van controle die ‘haar’ STM biedt. Ze vergelijkt het ding (zie de afbeelding) liefdevol met de Millennium Falcon, een ietwat gammel ruimteschip uit Star Wars: ‘not too elegant, held together by the people who run it, but utterly fantastic at what it does.’

De volgende vraag is uiteraard of er meer moleculen zijn waarbij dit zo werkt.

bron: University of Bath