近日,日本、瑞士、芬兰、瑞典和德国科学家组成的国际研究小组,首次测定了单个原子之间的范德华作用力(Van der Waals forces)。该研究成果发表于5月13日在线出版的《自然·通讯》期刊上(Nat. Commun., 2016, DOI: 10.1038/ncomms11559)。
范德华力是中性原子之间通过瞬间静电相互作用产生的一种弱的分子之间的力,在内聚力、粘合力、摩擦力等物理作用中起重要作用。当两个原子之间的距离为它们的范德华半径之和时,范德华引力最强,强的范德华排斥作用可以防止原子相互靠近。
该团队在低温下,利用带有氙原子尖端的原子力显微镜(AFM)测量了稀有气体原子对(Ar–Xe,Kr–Xe和Xe–Xe)的范德华力。这些稀有气体原子被固定在表面密闭的二维金属有机骨架(MOF)节点上。结果表明,大部分情况下,所测的范德华力大小符合理论计算值,这些力的大小随着两个原子间的距离增加而增大。但在某些情况下,力的实测值较大,是理论计算值的几倍。
对于出现的实测力大于理论值的情况,他们认为电荷发生转移而偶尔形成弱共价键可以解释其原因。