来自布拉格IOCB、捷克科学院物理研究所和奥洛穆茨帕拉茨基大学的科学家再次成功揭开了分子和原子世界的奥秘。他们通过实验证实了几十年前的理论的正确性，该理论假设芳香族分子中电子密度不均匀分布。这种现象显着影响分子的物理化学性质及其相互作用。这项研究拓展了设计新纳米材料的可能性，也是刚刚发表在《自然通讯》上的一篇论文的主题。

同一作者团队在《科学》杂志上发表的先前开创性研究中描述了原子中电子的不均匀分布，即所谓的 σ 空穴。现在研究人员已经证实了所谓的π孔的存在。在芳香烃中，我们在碳原子平面上方和下方的云中发现了电子。如果我们用更多电负性原子或原子团取代外围的氢，将电子拉走，原来带负电的云就会变成带正电的电子空穴。

科学家们采用了扫描电子显微镜的先进方法并进一步提升了其功能。该方法以亚原子分辨率工作，因此不仅可以对分子中的原子进行成像，还可以对原子电子壳层的结构进行成像。参与研究的研究人员之一、来自奥洛穆茨帕拉茨基大学捷克先进技术研究所(CATRIN)的布鲁诺·德拉托雷指出，这里描述的实验的成功主要得益于其所在机构优良的设施和优秀博士参与 学生。

“凭借我们之前使用开尔文探针力显微镜 (KPFM) 技术的经验，我们能够改进我们的测量并获取非常完整的数据集，这不仅帮助我们加深了对电荷如何在分子中分布的理解还包括通过该技术获得的可观测值，”布鲁诺·德拉托雷说。

现代力显微镜长期以来一直是物理研究所研究人员的研究领域。不仅在分子结构方面，他们充分利用了前所未有的空间分辨率。不久前，他们证实了卤素原子周围电子密度的不均匀分布，即所谓的σ空穴。该成果于2021年由Science杂志发表。当今被引用次数最多的捷克科学家之一、捷克科学院有机化学和生物化学研究所 (IOCB 布拉格) 的Pavel Hobza教授对前一项和当前的研究做出了重大贡献。

“对 π 空穴及其之前的 σ 空穴存在的确认，充分证明了量子化学理论预测的质量，几十年来，量子化学理论预测已经解释了这两种现象。这表明它们是可以信赖的即使没有可用的实验，” Pavel Hobza 说。

捷克科学家在亚原子和亚分子水平上的研究成果可以与宇宙黑洞的发现相比较。在实验证实它们的存在之前，它们的理论也已经存在了几十年。

更好地了解电子电荷的分布将有助于科学界首先了解许多化学和生物过程。在实践层面上，它将转化为构建新超分子的能力，并随后转化为开发具有改进性能的先进纳米材料。