点击右上角微信好友

朋友圈

请使用浏览器分享功能进行分享

正在阅读:中国科大等实现分子内电子-振动耦合作用的实空间直接观察
首页> 科技频道> 综合新闻 > 正文

中国科大等实现分子内电子-振动耦合作用的实空间直接观察

来源:中国科学技术大学2021-03-19 16:16

调查问题加载中,请稍候。
若长时间无响应,请刷新本页面

  近日,中国科学技术大学侯建国院士单分子科学团队的董振超、张杨研究小组与燕山大学田广军研究组合作,利用扫描隧道显微镜诱导发光技术,对单个分子内电子-振动态发光进行了亚纳米分辨的成像表征,首次从实空间直接观察到了分子振动对电子态及其跃迁的影响,并结合理论计算,揭示了电子-振动耦合如何影响电子跃迁和分子光谱的微观机制,为理解电子-振动耦合和分子光谱提供了重要的基本科学信息。相关研究成果在线发表在《自然-通讯》上。

  分子系统中的电子-振动耦合,即电子运动与核运动间的相互作用,是电子跃迁和分子光谱学的核心问题,对研究分子间相互作用和能量转移至关重要。通常而言,由于电子的质量比原子核小3至4个数量级,电子的运动速度要比原子核快得多,因此在Born-Oppenheimer近似下,分子核构型在电子跃迁过程中被认为是静止的,体系波函数中电子波函数与原子核振动波函数可以分开处理。此外,传统的Franck-Condon(FC)原理还认为,分子特定电子-振动跃迁的强度与这种垂直跃迁中电子基态和激发态的振动波函数的重叠积分(即FC因子)成正比,跃迁偶极取向一般也认为是与纯电子跃迁一致的。实际上,分子骨架的动态运动有可能对分子电子态波函数产生较大影响,使其发生畸变,进而诱导出原电子态对称性所禁阻的跃迁。由于亚分子分辨光谱成像极具挑战,而且这类偶极禁阻跃迁的强度通常又比较微弱,因此,迄今为止,分子内电子-振动耦合的微观图像难以直接获得,关于分子振动对分子内电子分布和电子跃迁会产生什么样的影响、如何产生影响的基本科学问题,仍缺乏清晰直观的认识。

  该团队利用自主研发的纳腔等离激元增强的亚纳米分辨电致荧光成像技术,以具有各向异性线性结构的并五苯分子作为模型研究对象,利用局域隧穿电子的激发从实空间研究了单个并五苯分子的分子内电子-振动耦合特性。研究发现该分子表现出丰富有趣的具有明显位置依赖关系的电子-振动发光特性(如图),观察到常规的由FC贡献主导的、与纯电子态间的0-0跃迁峰具有相同成像图案取向的电子-振动峰(如v1),并发现有些电子-振动峰(如v2)的成像特征与0-0峰明显不同,双点亮斑图案旋转了90度,从沿分子短轴方向变为沿分子长轴方向。这种图案差异直接反映了分子跃迁偶极取向的变化,表明后者的发光过程涉及很强的电子-振动耦合作用。通过与理论计算相结合,研究人员发现,要描述这种由分子振动诱导出的跃迁峰,需要超越传统Franck-Condon原理的框架,进一步考虑分子振动对分子电子分布和电子跃迁的影响,即Herzberg-Teller(HT)贡献。此外,研究还表明,能产生这种振动诱导发光的模式必定是一种非全对称的分子振动,它们会对那些具有较大跃迁密度分布的原子产生强烈的沿分子长轴方向的扰动,使得波函数发生畸变,进而诱导出较大的沿分子长轴的跃迁电荷振荡,产生跃迁偶极沿分子长轴的电子-振动态发光。这些研究结果提示,具有各向异性特征的电子-振动峰成像图案可以为我们理解分子振动与电子跃迁之间的耦合作用以及激发能量再分布等微观图像提供直观深刻的认识。审稿人评价,“这篇文章在单分子水平上讲授了振动模式及其对称性是如何影响分子荧光特性的,并在实空间直接观察了由于Herzberg-Teller效应引起的电子-振动耦合所导致的发射偶极的变化……相信该工作将引起科学界的广泛关注,超越单分子和STM研究领域本身。”

  中国科大微尺度物质科学国家研究中心博士生孔繁芳和田晓俊为论文的共同第一作者。研究工作得到国家自然科学基金委员会、科学技术部、中科院、教育部、安徽省等的支持。

中国科大等实现分子内电子-振动耦合作用的实空间直接观察

  (a)STM诱导单个分子电致发光的实验示意图;(b)并五苯结构示意图和STM形貌图;(c)分子位置依赖的电致发光点谱;(d)FC贡献主导的v1电子-振动峰对应的光谱成像实验图及其相关理论模拟;(e)HT贡献主导的v2电子-振动峰对应的光谱成像实验图及其相关理论模拟

[ 责编:战钊 ]
阅读剩余全文(

相关阅读

您此时的心情

光明云投
新闻表情排行 /
  • 开心
     
    0
  • 难过
     
    0
  • 点赞
     
    0
  • 飘过
     
    0

视觉焦点

  • 2025年世界互联网大会文化遗产数字化论坛举行

  • 电影《731》拍摄历程特展在哈尔滨举行

独家策划

推荐阅读
中国科学院大连化学物理研究所研究员陈萍、研究员曹湖军、副研究员张炜进团队在氢负离子导体开发及应用方面取得重要进展。
2025-09-18 09:52
工业遗址与科幻主题联动,带来现实与想象交错的奇妙感受;科技手段还原知名IP场景,让游客沉浸到小说里的名场面;利用独特地质地貌,打造“地球上最像火星的地方”……来一场新鲜、有趣的科幻游,成为不少人出游的选择之一。如何做好科幻与文旅深度融合,丰富旅游供给?各地因地制宜进行了探索。
2025-09-18 09:50
记者17日从中国石化新闻办获悉,部署在四川省资阳页岩气田的2口评价井测试产量均超百万立方米,其中资页2-501HF井试获日产气140.7万立方米,刷新我国页岩气测试产量最高纪录。
2025-09-18 09:44
当今中国,科学教育受到前所未有的重视—作为人才培养的根基与路径,科学教育的潜力将变成参与国际竞争、争取国际话语权的实力。
2025-09-18 09:43
日前,由中国科学院合肥物质科学研究院等离子体物理研究所牵头承担的聚变堆主机关键系统综合研究设施(CRAFT)遥操作系统测试平台通过专家组测试与验收。
2025-09-18 09:40
“科创游”是一种将科技与旅游相结合的新型旅游形式,不仅展示科技企业的生产过程和产品,还注重科技教育的普及和科技创新的体验
2025-09-17 10:23
此次大会将讨论通过“人与生物圈计划”及其世界生物圈保护区网络杭州战略行动计划,明确未来十年的发展方向、目标和行动方案
2025-09-17 10:21
人造地球卫星、载人飞船、空间站、空间探测器要“上天”进入预定轨道,运载火箭少不了。在“火箭家族”展台,长征一号至五号运载火箭模型笔直而立。
2025-09-17 10:20
在化学生物学研究中,有一种强大的“分子地图绘制技术”——邻近标记技术。在癌症免疫治疗中,免疫细胞需要足够强和足够多的“信号”才能发起攻击,但癌细胞表面的天然信号往往非常稀疏。
2025-09-17 10:18
当前,秋粮陆续进入成熟期。各地抓住最后的窗口期,落实落细各项增产措施,全力以赴抓好秋粮生产,确保秋粮丰产丰收。
2025-09-17 09:32
人工智能的浪潮正在席卷从科技到教育,乃至全社会的各个角落,中国教育界正在积极推动学习和应用人工智能,以便乘势站在时代前列。今年6月,中国工程院院士、华中科技大学校长尤政提出,人工智能和批判性思维结合形成DNA式的“双螺旋结构”,将有力推动创新。
2025-09-16 09:14
15日,在2025年国家网络安全宣传周主论坛上,《人工智能安全治理框架》2.0版正式发布。落实《全球人工智能治理倡议》,《人工智能安全治理框架》1.0版于2024年9月发布,受到国内外广泛关注。
2025-09-16 09:13
光明日报北京9月15日电 记者陈晨从农业农村部获悉,2025畜禽种业发展论坛14日在北京市平谷区举行。论坛发布了第三次全国畜禽遗传资源普查、濒危畜禽遗传资源保护成效、主要畜种分子身份证构建和遗传评估优秀种公畜等重大成果,举办了畜禽种业振兴成果展,26家单位现场推介新技术、新设备、新成果,72家单位进行专场展示。
2025-09-16 09:13
数智技术以及数智互联技术将推进青年间社会化协同与知识共享,可精准连接青年学习者,并形成跨地域的学习社群与项目协作组。总而言之,数智技术能够为青年群体参与终身学习创造良好条件,能够充分激发青年群体参与终身学习的动力,能够更好地帮助青年群体全面发展。
2025-09-16 09:12
作者:王 珩、程松泉,分别系浙江师范大学教师教育学院教授;浙江师范大学教师教育学院博士生  当前,全球教育正经历一场由人工智能技术驱动的深刻变革。唯有坚守育人初心,在伦理框架内审慎推进技术应用,才能让人工智能真正成为引领教育发展的引擎,而非解构教育本质的飓风。
2025-09-16 09:11
在合成生物学和气候变化应对领域有巨大潜力。
2025-09-16 09:11
走进展区,多款新潮文创让人爱不释手;戴上设备,苏轼笔下的诗词世界任人遨游;指尖轻点,三千年前的青铜器“触手可及”……一系列新产品、新服务、新场景在2025年中国国际服务贸易交易会文旅服务专题亮相,漫步其中,处处感受到科技与创意奔涌、文化和旅游融合的无限活力。
2025-09-15 09:54
在2025年中国国际服务贸易交易会上,一批品类丰富、兼具趣味与文化内涵的文创精品成为展会现场的“人气王”,引爆观展热潮。
2025-09-15 09:54
最大网络基础设施的建成有助于我国突破关键技术的“卡脖子”困境,形成自主可控的核心技术优势,建立起数字经济产业的第二创新生态。 (作者:戎 珂,系清华大学社会科学学院经济学研究所所长、长聘教授;田晓轩,系清华大学社会科学学院经济学研究所博士研究生)
2025-09-15 09:53
今年暑期,工厂游火爆出圈。参观名额秒空、门票收入可观、社交平台相关笔记有10多万条,工厂游俨然成了文旅界新宠。 工厂游等新型旅游业态,实现了工业与文旅的跨界融合,也为文旅经济的发展提供了新增长点。
2025-09-15 09:52
加载更多