Tuy nhiên, để cải tiến AFM đến những độ phân giải ngày càng cao hơn, các nhà nghiên cứu cần phải di chuyển đầu nhọn của kính trong vòng 1nm của mẫu và ở cự li này, một số thách thức kĩ thuật đã phát sinh. Vấn đề chính là nguy cơ đầu nhọn bị dịch chuyển sang bên hoặc thậm chí bị hấp thu bởi mẫu do lực tương tác van der Waals – lực hút tĩnh điện yếu giữa các nguyên tử hay phân tử gần kề nhau phát sinh do các thăng giáng vị trí electron của chúng. Ngoài ra, khi đầu dò tiến gần hơn đến mẫu, thì điều còn quan trọng hơn nữa là
34 thuvienvatly.com | © hiepkhachquay
biết chính xác kết cấu nguyên tử và dạng hình học của đầu nhọn AFM và với các đầu nhọn thông thường thì thông tin này không phải lúc nào cũng rõ ràng.
Chụp ảnh “giải phẫu” một phân tử pentacene với độ phân giải nguyên tử - ảnh 3D đã hiệu chỉnh. Bằng cách sử dụng một đầu kim loại sắc nhọn cỡ nguyên tử tận cùng với một phân tử cacbon monoxit, các nhà khoa học IBM đã có thể đi trong cự li ngắn chế độ lực cho phép họ thu được ảnh của cấu trúc nội của phân tử đó (Ảnh: IBM Research, Zurich)
Tuy nhiên, nay một đội nghiên cứu, đứng đầu là Leo Gross thuộc phòng thí nghiệm nghiên cứu IBM ở Zurich, Thụy Sĩ, đã khắc phục được những trở ngại này để phân giải từng nguyên tử và từng liên kết một trong một đơn phân tử. Gross hiểu rõ rằng nguyên tử hay phân tử ở đầu rất nhọn của AFM chi phối độ tương phản và độ phân giải của kính hiển vi. Vì lí do này, họ đã thay đầu nhọn kim loại của AFM thông thường bằng một đơn phân tử cacbon monoxit (CO), phân tử rất bền đồng thời là đối tượng chịu lực van der Waals nhỏ hơn nhiều khi tiếp cận gần với mẫu.
© hiepkhachquay | Bản tin Vật lí tháng 8/2009 35
Để chứng minh công cụ mới của họ, các nhà nghiên cứu đưa đầu nhọn AFM của họ vào trước một hydrocacbon đã được nghiên cứu rõ gọi tên là pentacene (C22H14, gồm năm vùng benzen hợp nhất và dài chỉ 1,4nm). Chúng tạo ra một ảnh thể hiện năm vòng cacbon cả thảy cũng như từng nguyên tử cacbon và hydro riêng lẻ bên trong phân tử đó. Khoảng cách quan sát được giữa các nguyên tử riêng lẻ chỉ là 0,14nm – độ phân giải tốt nhất từ trước tới nay cho một AFM.