Избирательная химия предполагает способность управлять реакциями различных частиц и образовывать те химические связи, которые необходимы в данный момент. Ранее такие процессы были возможны на уровне полноценных материалов и веществ, но ученые из IBM смогли миниатюризировать подход до молекулярного уровня. Результат стал возможен благодаря сканирующей зондовой микроскопии.

«Представьте, что вы можете по желанию перестраивать связи внутри молекулы, трансформируя один структурный изомер в другие контролируемым образом. В статье мы описываем систему и метод, позволяющие сделать это возможным, включая контроль направления атомных перегруппировок с помощью внешнего возбуждающего напряжения и без использования реагентов», — объяснили ученые.

В своем исследовании разработчики применили комбинированный сканирующий и атомно-силовой микроскоп, работающий в сверхвысоком вакууме при температуре минус 268,15 градусов Цельсия. При этом они разместили на ультратонкой пленке NaCl на монокристалле меди набор из нескольких молекул. Используя наконечник сканирующего зондового микроскопа, химики выделили маскирующие хлор группы, а также сформировали богатую углеродом высоконапряженную молекулу.

В качестве основы использовались молекулы с одинаковым атомным составом, но с разным расположением связей между составляющими их атомами — то, что в этой области называют структурными изомерами. Подавая различные импульсы напряжения на отдельные молекулы, ученые нацеливались на химические связи в нескольких частицах.

На примере полученной молекулы ученые продемонстрировали, что различные внутренние связи могут образовываться и разрываться по желанию. В зависимости от точного значения импульсов напряжения, подаваемых с иглы микроскопа, структура молекулы с 10-членным углеродным кольцом может быть преобразована в молекулу с 4- и 8-членным кольцом. В перспективе такое селективное и обратимое образование связей позволит молекулярным машинам выполнять разнообразные и сложные задачи.