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中科院物理所實用化單分子器件的基礎(chǔ)研究獲突破性進展
近日，中國科學(xué)院物理研究所北京凝聚態(tài)物理國家實驗室高鴻鈞研究組高利等專家在分子馬達的研究中取得重要進展，他們實現(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，人工分子馬達引起了科學(xué)家們的濃厚興趣。生物體內(nèi)的分子馬達可以將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為各種形式的機械運動，是生物體運動的原動力。通過設(shè)計新分子及其周圍的物理環(huán)境，人工分子馬達可以將各種形式的能量轉(zhuǎn)變?yōu)闄C械運動。對人工分子馬達的研究有望在分子尺度上實現(xiàn)各種可控的智能納米機器，從而實現(xiàn)納米世界的“工業(yè)革命”。目前，人工分子馬達的研究必須要解決兩個問題：單個功能分子馬達的固定和分子馬達的可控與集成技術(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固定的轉(zhuǎn)動軸。這個固定的轉(zhuǎn)動軸不在分子的中心。偏心軸為單分子轉(zhuǎn)子的功能擴展提供了平臺。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，借此可以制作納米單分子發(fā)電機。此外，他們利用金表面的重構(gòu)結(jié)構(gòu)實現(xiàn)了單分子轉(zhuǎn)子的大面積組裝，為分子馬達的集成提供了思路。

該項工作的結(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；美國物理學(xué)會的Physics對該結(jié)果進行了亮點報道，標題為Spinning on a gold atom；英國物理學(xué)會的physicsworld.com和nanotechweb.org均將此結(jié)果作為頭條新聞報道，其標題為Nanorotors move together。

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

 

中科院物理所實用化單分子器件的基礎(chǔ)研究獲突破性進展