A képek új betekintést engednek a molekulák belső működésébe, először jelenítve meg közvetlen módon, hogy az elektromos töltöttséggel, illetve ennek leadásával strukturális változások járnak együtt. Shadi Fatayer és Leo Gross, valamint kollégáik négy molekulatípust vizsgáltak meg egy atomerő-mikroszkóppal, amely atomról atomra letapogatja ezeket, rendkívül részletes képet készítve az adott molekula építőelemeiről és az azok közti kötésekről is.

A molekulák töltéssel való ellátáshoz a mikroszkóp szondáján és az alapfelületen keresztül közöltek feszültséget a struktúrával, lehetővé téve, hogy a szonda egyenként adjon át elektronokat a molekulának. A kísérletekre egy rendkívül hidegre (közel abszolút nulla fokra) lehűtött vákuumkamrában került sor, amire azért volt szükség, hogy a molekulák minél kevésbé mozogjanak, és hogy külső tényezők se zavarják meg a folyamatot.

„Amikor hozzáadtunk vagy elvettünk egy-egy elektront, jól látszott, hogyan változik meg a molekula szerkezete” – mondja Gross. „Már korábban is tudtuk, hogy ez megtörténik, de arról nem voltak információink, hogy pontosan hogyan változik meg egy-egy struktúra.”

A négy vizsgált molekula eltérő módon viselkedett, amikor töltést kapott. (A változások a legfelső képen hamis színekkel ábrázolva láthatók.) A molekuláris gépezetekben gyakran használt, két aromás gyűrűt tartalmazó azobenzén például megtekeredett. Az öt benzolgyűrűből álló pentacén esetében a szerkezeti változás kevésbé volt átfogó, de a molekula egyes részei reaktívabbá váltak az extra elektronoknak köszönhetően. A tetracián-kinodimetán esetében megváltoztak az atomok közti kötések, és a molekula elmozdult a felületen, amelyre helyezték.

A profin (a középső gifen) kötéseinek típusa szintén módosult, és azok hossza is megváltozott. „A profin a klorofillhoz és a hemoglobinhoz hasonló molekula, így kiemelt jelentőségű biológiai szempontból” – mondja Gross. „Ugyanilyen elektronfelvételek és -leadások történnek akkor is, amikor a hemoglobin oxigént szállít a testben, vagy amikor a klorofill a napfényt hasznosítja.”

A kutatók szerint a folyamat mélyebb megértése a természetes folyamatok megismerésén túl a kérdéses molekulák hatékonyabb hasznosíthatóságához is vezethet, mivel a tudás birtokában jobb anyagokat és készülékeket hozhatunk létre.