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▲扫描隧道显微镜（STM）
据SciTechDaily网站9月9日报道，一项新的技术将在纳米科学和纳米物理学领域开辟新的方向——英国巴斯大学的物理学家发现了如何在十亿分之一秒内操纵和控制单个分子。他们研发的新技术是在单个分子水平上控制化学反应的最灵敏的方法，也是目前实验操作能进行的最小尺度。
在纳米科学的极限范围内，一项名为“扫描隧道显微镜（STM）分子操纵”的实验经常被用来观察单个分子在被单个电子激发时的反应。传统化学通常用试管和本生灯来驱动反应，而在这里，研究人员则是利用显微镜和它的电流。电流很微弱，它更像是一系列单个电子撞击目标分子。但整个实验是一个被动的过程，一旦电子被加入到分子中，研究人员只能观察发生了什么。
但当Kristina Rusimova博士在度假期间查看实验室的数据时，她在一个标准实验中发现了一些反常的结果，这在进一步的研究中无法解释清楚。当电流增大时，反应应该更快，但是实验中并没有。Rusimova博士和他的同事们花了几个月的时间来寻找方法解释这种效应，并重复了这些实验，最终他们发现已经找到了一种方法来将单分子实验控制到前所未有的程度，这项研究成果发表在了《科学》杂志上。
研究小组发现，通过保持显微镜的尖端与目标分子极度接近（600-800万亿分之一米内），电子粘附到目标分子的时间可以缩短两个数量级以上，因此产生的反应，可以控制单个甲苯分子从硅表面剥离（解吸）。
研究小组认为，这是因为尖端和分子相互作用产生新的量子态，为电子跳跃到分子提供了新的通道，因此减少了电子在分子上花费的时间，从而减少了电子引起反应的机会。在最敏感的情况下，反应的时间可以由10飞秒降到0.1飞秒。
该研究的主要作者Peter Sloan博士说：“如果这个结果是正确的，那么我们就发现了一个全新的效应，但是如果我们要宣称任何如此引人注目的东西，我们需要做一些工作，以确保它是真实的，而不是错误的。Kristina和博士生Rebecca Purkiss在显微镜下的空间控制水平是开启这一新物理学的关键。”
Sloan博士补充说：“这项工作的根本目的是开发工具，使我们能够在极限状态控制物质。无论是打破自然不希望你打破的化学键，还是产生热力学禁止的分子结构，我们的工作为控制单个分子及其反应提供了一条新途径。”
科界原创
编译：Coke
审稿：alone
责编：张梦
期刊来源：《科学》
期刊编号：0036-8075
原文链接：
https://scitechdaily.com/physicists-manipulate-and-control-individual-molecules/
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