物理学家操纵和控制单个分子

物理学家操纵单个分子

扫描隧道显微镜。英国巴斯大学

新技术将开辟纳米科学和纳米物理学领域的研究可能性。

巴斯大学(University of Bath)的物理学家们被一些看似奇怪的结果所吸引,发现了如何在十亿分之一秒内操纵和控制单个分子。

他们的新技术是最灵敏的控制化学反应的方法,在科学家能够工作的最小尺度上——在单分子水平上。

在纳米科学的极限下,一个叫做“STM(扫描隧道显微镜)分子操纵”的实验经常被用来观察单个分子在添加单个电子激发时的反应。传统的化学家可能使用试管和本生灯来驱动反应;在这里,他们使用显微镜和它的电流来驱动反应。电流非常小,它更像是一系列单个电子撞击目标分子。但整个实验是一个被动过程——一旦电子被加入到分子中,研究人员只能观察发生了什么。

但是,当克里斯汀娜·鲁西莫娃(Kristina Rusimova)博士在度假期间查看实验室的数据时,她在一个标准实验中发现了一些反常的结果,经过进一步的调查无法解释。当电流增加时,反应总是更快,但这里不是这样。

鲁西莫娃和同事们花了几个月的时间思考可能的解释,以揭穿这种效应,并重复了这些实验,但他们最终意识到,他们找到了一种方法,可以将单分子实验控制到前所未有的程度。这篇新研究发表在《科学》(Science)杂志上。

研究团队发现通过保持他们的显微镜的尖端极其接近的分子研究,在600 - 800的10米,电子坚持多久的时间可以减少目标分子在两个数量级,所以由此产生的反应,在这里驾驶个人甲苯分子发射(使解除吸附)硅表面,可以控制。

团队认为这是因为提示和分子相互作用来创建一个新的量子态,这提供了一个新的渠道电子跳的分子,因此减少了电子在分子所花费的时间,因此减少了电子引起反应的机会。

在其最灵敏的时候,这意味着反应时间可以控制在自然极限10飞秒到0.1飞秒。

Rusimova博士说:“这些数据来自我们正在做的一个完全标准的实验,因为我们认为我们已经用尽了所有有趣的东西——这只是最后的检查。”但我的数据看起来是“错误的”——所有的图表都应该是上升的,而我的是下降的。

该研究的第一作者彼得·斯隆(Peter Sloan)博士补充说:“如果这是正确的,我们就有了一个全新的效果,但我们知道,如果我们要宣称任何如此惊人的东西,我们需要做一些工作,以确保它是真实的,而不是假阳性。”“我一直认为我们的显微镜有点像千年隼,不太优雅,由运行它的人管理着,但对它的工作却非常出色。”克里斯汀娜和博士生丽贝卡·珀基斯对显微镜的空间控制水平是开启这一新物理学的关键。”

斯隆博士补充说:“这项工作的根本目标是开发工具,使我们能够在这种极端极限下控制物质。比如打破自然不想让你打破的化学键,或者产生热力学上禁止的分子结构。我们的工作为控制单个分子及其反应提供了新的途径。实际上,我们有一个新的刻度盘,可以在实验时设定。在这种尺度上工作的极端性质使它很难做到,但我们有极高的分辨率和再现性。”

该团队希望他们的新技术将为纳米尺度的许多新实验和发现打开大门,这要感谢它首次提供的选项。

出版物:K. R. Rusimova, R. M. Purkiss, R. Howes, F. Lee, S. Crampin, P. A. Sloan,调节单个分子的飞秒激发态寿命(2018)发表于科学: 361卷,6406期,1012-1016页。DOI: 10.1126 / science.aat9688

第一个发表评论论“物理学家操纵和控制单个分子”

留下你的评论

邮箱地址可选。如果提供,您的电子邮件将不会被发布或共享。