Čeští vědci nahlédli jako první na světě dovnitř atomu. To, co uviděli, je senzace
Až dosud mohli vědci přímo pozorovat jen jednotlivé atomy - a i to bylo považováno za zázrak techniky.
Publikováno: 12.11.2021
Češi nyní představují světu prostřednictvím prestižního časopisu Science metodu, s jejíž pomocí do nitra atomu nahlédli. Díky tomu se jim podařilo potvrdit existenci jevu, takzvané sigma-díry, který byl teoreticky předpovězen, ale nebyl přímo pozorován.
Konkrétně se jedná o nerovnoměrné rozložení elektronového náboje kolem atomu halogenu (více v boxu na konci textu).
Čeští vědci byli schopni poprvé přímo pozorovat tato nesymetrická rozložení elektronové hustoty na jednotlivých atomech halogenových prvků, v jejich pokusu konkrétně bromu. Jedná se o toxický a velmi reaktivní prvek, silné oxidační činidlo.
Jde o průlomový objev, na němž se podílela hned tři pracoviště: Český institut výzkumu a pokročilých technologií (CATRIN), Fyzikální ústav Akademie věd ČR a Ústav organické chemie a biochemie Akademie věd ČR.
"Potvrzení existence teoreticky předpovězených sigma-děr je podobná situace jako pozorování černých děr, jejichž existence byla předpovězena v roce 1915 obecnou teorií relativity, ale které se podařilo poprvé spatřit teprve před dvěma lety. Z tohoto pohledu zobrazení sigma-díry s jistou nadsázkou představuje podobný milník na atomární úrovni," popisuje vědec Pavel Jelínek.
Čechům se tak navíc podařilo dramaticky zvětšit rozlišovací schopnosti takzvané rastrovací mikroskopie. Jde o technologii, která před několika lety umožnila lidem zobrazovat jednotlivé atomy. Tentokrát se díky její úpravě vědci dostali z úrovně atomů až k subatomárním jevům.
Přesná znalost rozložení elektronového náboje na atomech je nutná k pochopení interakcí mezi jednotlivými atomy a molekulami včetně chemických reakcí.
Nová zobrazovací metoda tak otevírá cestu ke zdokonalení materiálových a strukturních vlastností řady fyzikálních, biologických či chemických systémů, které ovlivňují každodenní život.
"Takzvanými nekovalentními interakcemi se zabývám celý život a je pro mě zadostiučiněním, že nyní můžeme pozorovat to, co jsme dosud 'viděli' jen v teorii, a že experimentální měření naprosto přesně potvrzují naše teoretické předpovědi existence a tvaru sigma-díry. To nám dále umožní lépe pochopit tyto interakce a interpretovat je," říká výpočetní chemik Pavel Hobza z Ústavu organické chemie a biochemie, který pokročilé kvantověchemické výpočty prováděl na superpočítačích v ostravském centru IT4Inovations.
"Ukazuje se, že halogenové vazby a obecně nekovalentní interakce hrají dominantní roli nejen v biologii, ale i v materiálových vědách. O to je naše současná práce v Science důležitější," dodává Hobza.