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中科院物理所實(shí)用化單分子器件的基礎(chǔ)研究獲突破性進(jìn)展
近日，中國(guó)科學(xué)院物理研究所北京凝聚態(tài)物理國(guó)家實(shí)驗(yàn)室高鴻鈞研究組高利等專家在分子馬達(dá)的研究中取得重要進(jìn)展，他們實(shí)現(xiàn)了金表面上具有固定偏心軸的單分子轉(zhuǎn)子及其大面積的有序組裝。

近年來(lái)，人工分子馬達(dá)引起了科學(xué)家們的濃厚興趣。生物體內(nèi)的分子馬達(dá)可以將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為各種形式的機(jī)械運(yùn)動(dòng)，是生物體運(yùn)動(dòng)的原動(dòng)力。通過(guò)設(shè)計(jì)新分子及其周圍的物理環(huán)境，人工分子馬達(dá)可以將各種形式的能量轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械運(yùn)動(dòng)。對(duì)人工分子馬達(dá)的研究有望在分子尺度上實(shí)現(xiàn)各種可控的智能納米機(jī)器，從而實(shí)現(xiàn)納米世界的“工業(yè)革命”。目前，人工分子馬達(dá)的研究必須要解決兩個(gè)問(wèn)題：?jiǎn)蝹€(gè)功能分子馬達(dá)的固定和分子馬達(dá)的可控與集成技術(shù)。

在此次研究中，高利等人使用的分子是（t-Bu）4-ZnPc。分子中的N原子和金表面上的Au原子形成化學(xué)鍵，從而為分子提供了一個(gè)固定的轉(zhuǎn)動(dòng)軸。這個(gè)固定的轉(zhuǎn)動(dòng)軸不在分子的中心。偏心軸為單分子轉(zhuǎn)子的功能擴(kuò)展提供了平臺(tái)。如果將分子中心的Zn原子替換成磁性原子（Fe，Co），可以得到在納米尺度上旋轉(zhuǎn)的磁場(chǎng)，借此可以制作納米單分子發(fā)電機(jī)。此外，他們利用金表面的重構(gòu)結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)了單分子轉(zhuǎn)子的大面積組裝，為分子馬達(dá)的集成提供了思路。

該項(xiàng)工作的結(jié)果發(fā)表在11月份的Physical Review Letters上，并引起了同行的廣泛關(guān)注，被選為Physical Review Letters 的Editors’Suggestion；美國(guó)物理學(xué)會(huì)的Physics對(duì)該結(jié)果進(jìn)行了亮點(diǎn)報(bào)道，標(biāo)題為Spinning on a gold atom；英國(guó)物理學(xué)會(huì)的physicsworld.com和nanotechweb.org均將此結(jié)果作為頭條新聞報(bào)道，其標(biāo)題為Nanorotors move together。

該項(xiàng)工作是與中科院化學(xué)所的劉云圻研究員和英國(guó)利物浦大學(xué)的W.A. Hofer教授合作完成了，其間得到了國(guó)家自然科學(xué)基金委、科技部和中國(guó)科學(xué)院的資助。

 

中科院物理所實(shí)用化單分子器件的基礎(chǔ)研究獲突破性進(jìn)展