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

  • 中国“雪鹰601”飞机翱翔南极

  • 中国“赫哲族伊玛堪”转入人类非遗代表作名录

独家策划

推荐阅读
新华社北京12月12日电 由中央网信办主办的2025中国正能量网络精品征集展播活动12日启动。
2025-12-12 13:08
记者11日从中国科学院微小卫星创新研究院(以下简称“卫星创新院”)获悉,轻舟货运飞船初样件已完成多项关键技术验证,进入整体测试阶段。
2025-12-12 09:55
近日,中国石油大庆古龙陆相页岩油国家级示范区年产量突破100万吨,实现页岩油规模化效益开采。
2025-12-12 09:50
2026年1月1日起,我国将禁止生产含汞体温计和含汞血压计。
2025-12-12 09:48
11日,中国科学院紫金山天文台“银河画卷”(MWISP)巡天计划(以下简称“巡天计划”)正式向全球公开首批毫米波分子谱线观测数据。
2025-12-12 09:47
截至12月9日24时,哈密—重庆±800千伏特高压直流输电工程(以下简称“疆电入渝”工程)自今年6月10日投运以来,累计外送电量已达101.2亿千瓦时。
2025-12-12 09:45
加快培育壮大数据产业,以区域协同数智化发展带动数据产业集群、数字产业集群做大做强。以兼顾标准互认、质量保障和安全可信的制度体系,护航数据产品服务流通交易、变现增值。数字经济具有数据资源依赖度高、技术知识人才密集、高融合渗透性及行业覆盖面广等特点。
2025-12-11 10:16
光明日报西宁12月10日电 记者万玛加、王雯静日前从国网青海省电力公司获悉,青海电力交易中心与北京电力交易中心、吉林电力交易中心“三网”联动,共同达成跨省跨区中长期外送电力交易,交易电量自12月8日起执行至31日止,累计交易电量1876万千瓦时。
2025-12-11 10:15
2020年12月,科技部在苏州高新区等13家国家高新区启动首批试点,探索实施“创新积分制”,对企业创新能力进行量化评价,引导金融机构精准支持科技创新。联动实施“创新积分制”和科技创新专项担保计划,累计向21家银行推荐超过17万家科技型中小企业,签订贷款合同超2900亿元……
2025-12-11 10:15
2025年12月10日12时03分,中科宇航力箭一号遥十一运载火箭在东风商业航天创新试验区发射,将9颗卫星精准送入预定轨道,发射任务取得圆满成功。此次发射的卫星中,阿联酋813卫星是由上海微小卫星工程中心承研的高光谱地球观测卫星,搭载高光谱相机、全色相机及大气偏振校正仪等主载荷。
2025-12-11 10:05
12月9日,记者从中国科协获悉,中国科协生命科学学会联合体(以下简称“联合体”)发布了2025年度“中国生命科学十大进展”,6个知识创新类和4个技术创新类项目成果入选。
2025-12-11 10:02
“向精准要价值”,是一场从技术导向到需求导向的深刻转型。
2025-12-10 14:00
近十几年来,罗二仓团队聚焦采用环保工质,如氦气、氩气、氮气等绿色工质的热声斯特林技术,研发具有广阔应用前景的新一代热泵技术。
2025-12-10 09:39
中国科学院生物物理研究所徐涛院士课题组与纪伟研究员课题组研制出三维干涉定位显微镜(ROSE-3D),首次在单分子定位成像领域,实现了基于相机的纳米尺度三维各向同性分辨率。
2025-12-10 09:38
“细胞壁是质膜外具有一定硬度和弹性的细胞结构,广泛存在于植物、细菌和真菌中。随着研究逐渐深入,团队发现,在植物茎顶端干细胞区域,细胞壁的主要成分果胶呈现独特的“二元分布”模式。
2025-12-10 09:37
指令长张陆时隔两年半再度漫步太空,航天员武飞成为我国目前执行出舱任务最年轻的航天员。
2025-12-10 09:35
我国首个国家级陆相页岩油示范区——新疆吉木萨尔国家级陆相页岩油示范区9日完成年度170万吨原油生产任务,这一成果标志着国家级示范工程建设任务全面完成。
2025-12-10 09:34
一些不法商家钻监管漏洞,推出所谓“智驾神器”规避车辆安全监控,不仅严重威胁道路交通安全,更触碰了法律红线,扰乱了新能源汽车产业的健康发展秩序。
2025-12-09 10:11
一项新研究揭示了这些天体表面下可能发生的活动,为了解其多样地质特征的形成机制提供了线索。相关研究成果近日发表于《自然-天文学》。
2025-12-09 10:02
实验结果显示,将化合物注射给抑郁模型小鼠后,仅1小时便可观察到显著的抗抑郁效果,且无明显副作用。
2025-12-09 10:01
加载更多