掃描隧道顯微鏡（STM）
據SciTechDaily網站9月9日報道，一項新的技術將在納米科學和納米物理學領域開闢新的方向——英國巴斯大學的物理學家發現瞭如何在十億分之一秒內操縱和控制單個分子。他們研發的新技術是在單個分子水平上控制化學反應的最靈敏的方法，也是目前實驗操作能進行的最小尺度。
在納米科學的極限範圍內，一項名為“掃描隧道顯微鏡（STM）分子操縱”的實驗經常被用來觀察單個分子在被單個電子激發時的反應。傳統化學通常用試管和本生燈來驅動反應，而在這裡，研究人員則是利用顯微鏡和它的電流。電流很微弱，它更像是一系列單個電子撞擊目標分子。但整個實驗是一個被動的過程，一旦電子被加入到分子中，研究人員只能觀察發生了什麼。
但當Kristina Rusimova博士在度假期間查看實驗室的數據時，她在一個標準實驗中發現了一些反常的結果，這在進一步的研究中無法解釋清楚。當電流增大時，反應應該更快，但是實驗中並沒有。Rusimova博士和他的同事們花了幾個月的時間來尋找方法解釋這種效應，並重復了這些實驗，最終他們發現已經找到了一種方法來將單分子實驗控制到前所未有的程度，這項研究成果發表在了《科學》雜誌上。
研究小組發現，通過保持顯微鏡的尖端與目標分子極度接近（600-800萬億分之一米內），電子粘附到目標分子的時間可以縮短兩個數量級以上，因此產生的反應，可以控制單個甲苯分子從硅表面剝離（解吸）。
研究小組認為，這是因為尖端和分子相互作用產生新的量子態，為電子跳躍到分子提供了新的通道，因此減少了電子在分子上花費的時間，從而減少了電子引起反應的機會。在最敏感的情況下，反應的時間可以由10飛秒降到0.1飛秒。
該研究的主要作者Peter Sloan博士說：“如果這個結果是正確的，那麼我們就發現了一個全新的效應，但是如果我們要宣稱任何如此引人注目的東西，我們需要做一些工作，以確保它是真實的，而不是錯誤的。Kristina和博士生Rebecca Purkiss在顯微鏡下的空間控制水平是開啟這一新物理學的關鍵。”
Sloan博士補充說：“這項工作的根本目的是開發工具，使我們能夠在極限狀態控制物質。無論是打破自然不希望你打破的化學鍵，還是產生熱力學禁止的分子結構，我們的工作為控制單個分子及其反應提供了一條新途徑。”
編譯：Coke 審稿：alone 責編：張夢
原文鏈接：https://scitechdaily.com/physicists-manipulate-and-control-individual-molecules/
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