Identifier les liaisons chimiques en les touchant

19 septembre 2012

Des physiciens et chimistes ont été capables de différencier les liaisons chimiques à l’intérieur de molécules individuelles par la mesure de la force que celles-ci exercent sur la pointe d’un microscope à force atomique.

Ce travail, fruit d’une collaboration multidisciplinaire de près de 15 ans, fait l’objet d’une publication dans la revue Science (14 septembre 2012). Il associe les compétences en microscopie à force atomique de l’équipe d’IBM Zurich et la synthèse de molécules ainsi que leur caractérisation par analyse aux rayons X du Centre d’Elaboration de Matériaux et d’Etudes Structurales - CEMES (CNRS). Cette avancée va permettre de cartographier très précisément les liaisons dans les molécules complexes et d’obtenir de nombreuses informations quant à leur réactivité et leurs propriétés électroniques. Ce travail s’inscrit dans le projet européen Artist coordonné par le directeur de recherche CNRS, André Gourdon (CEMES-CNRS). L’objectif est de comprendre les mécanismes de transport électronique à travers une molécule et notamment l’influence des cycles benzéniques.

Dans cette expérience, réalisée à la température de l’hélium liquide sous ultra-vide, une molécule de monoxyde de carbone est fixée à l’extrémité de la pointe d’un microscope à force atomique. Cette pointe oscille à une fréquence de quelque dizaines de kHz, à une fraction de nanomètre au-dessus d’une seule molécule, elle-même déposée sur une surface de cuivre. L’interaction entre l’atome d’oxygène du monoxyde de carbone et les électrons de la molécule modifie la fréquence de l’oscillateur et il est ainsi possible d’une part de cartographier la densité locale d’électrons du système polyaromatique et d’autre part de comparer l’ordre des liaisons carbone-carbone, et de mettre en évidence des différences de distances aussi petites que 3 millièmes de nanomètre et ce sur une seule molécule. Les expériences ont été faites sur deux hydrocarbures polyaromatiques plans et le fullerène C₆₀ et ont permis de confirmer directement les règles de Clar et les ordres de liaisons de Pauling.

: Image NC-AFM de l’hexabenzocoronene (hydrocarbure polyaromatique plan) © IBM

En savoir plus

Bond order discrimination by atomic force microscopy, L. Gross¹, F. Mohn¹, N. Moll¹, B. Schuler¹, A. Criado², E. Guitian², A. Gourdon³ et G. Meyer¹ Science (2012).