竞争量子相互作用使单分子能够站起来

Caption: Three-dimensional model of the standing PTCDA molecule (black, carbon atoms; red, oxygen atoms; white, hydrogen atoms) on two Ag adatoms (blue) on the Ag(111) surface (gray)
Credit: University of Warwick

纳米级机械有许多用途,包括药物输送,单原子晶体管技术或存储器存储。但是,必须在纳米级组装机械,这对研究人员来说是一个巨大的挑战。

对于纳米技术工程师而言,最终目标是能够在纳米级逐个组装功能机械。在宏观世界中,我们可以简单地抓住物品来组装它们。再不可能再“抓住”单分子,但是它们的量子性质使他们对操纵的反应不可预测,从而限制了一个一个一个一个一个一个一个一个组组装分子的能力。由于由国际努力领导的国际努力研究中心尤利希of the Helmholtz society in Germany including researchers from theDepartment of Chemistry在沃里克大学。

In the paper,The stabilization potential of a standing molecule’,发表于10ThNovember 2021 in the journalScience Advances,国际研究人员团队已经能够揭示单个常规分子的通用稳定机制,该机制可用于表面上三维分子设备的合理设计和构建。

扫描探针显微镜(SPM)使分子尺度制造的视野更接近现实,因为它提供了在表面上重新排列原子和分子的能力,从而允许产生不会自发形成的亚抗体结构。使用SPM,克里斯蒂安·瓦格纳(Christian Wagner)博士和他的团队能够在表面上与单个站立分子,per烯四羧基苯二氢乙酯(PTCDA)相互作用,以研究该分子将停止稳定的热稳定性和温度它的自然状态在表面上贴合。该温度为-259.15摄氏,仅比绝对零温度的点仅14度。

Quantum chemical calculations performed in collaboration with Dr. Reinhard Maurer from the Department of Chemistry at the University of Warwick were able to reveal that the subtle stability of the molecule stems from the competition of two strong counteracting quantum forces, namely the long-range attraction from the surface and the short-range restoring force arising from the anchor point between molecule and the surface.

Reinhard Maurer博士,来自沃里克大学化学系的评论:

“防止分子掉落的相互作用的平衡是非常微妙的,对于我们的量子化学模拟方法来说是一个真正的挑战。除了向我们传授稳定这种不寻常纳米结构的基本机制外,该项目还帮助我们评估和提高方法的能力。”

研究中心的彼得·格吕伯格量子纳米科学研究所(PGI-3)的克里斯蒂安·瓦格纳博士评论:

“为了对单个分子的迷人量子特性进行技术使用,我们需要找到合适的平衡:必须将它们固定在表面上,但不会过分固定它们,否则它们将失去这些特性。在这方面,常规分子是理想的选择。为了衡量它们的实际稳定性,我们必须用锋利的金属针一遍又一遍地站起来,时间在不同的温度下生存了多长时间。”

既然已经知道了导致稳定的静态分子的相互作用,那么未来的研究可以致力于设计更好的分子和分子表面链接,以调整这些量子相互作用。这可以帮助提高稳定性以及可以将分子转换为可行条件的站立阵列的温度。这增加了纳米级机械纳米制造的前景。

You can also read Jülich’s press release here:

https://www.fz-juelich.de/SharedDocs/Pressemitteilungen/UK/EN/2021/notifications/2021-11-11-nanodomino.html

杂志:科学进步
DOI:10.1126/sciadv.abj9751
研究方法:实验研究
Subject of Research: Not applicable
文章标题:常规分子的稳定潜力
文章出版日期:10-NOV-20121
COI Statement: The authors declare that they have no competing interests.

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爱丽丝·斯科特(Alice Scott)
沃里克大学
爱丽丝·scott@warwick.ac.uk
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