原子尺度上观测单分子三重态猝灭学术资讯

【引言】

化学、生物学和材料科学中的许多宏观现象只能根据相互作用的分子的基本微观性质来理解。宏观测量所固有的集合平均法严重掩盖了原子水平上的相互作用，而原子水平上的相互作用又是最容易被理论所掌握的。30多年前开发的单分子光学检测，标志着在克服分子不均匀性方面的一个飞跃，但它本质上只限于明亮的分子激发态，不容易产生原子空间分辨率。最近，由于扫描探针显微镜技术的进步，直接解决了空间上的原子信息，提供了化学结构、键序、分子轨道、水合促进的离子扩散和许多其他单分子特征的详细图像。除了稳态光谱，基于电学脉冲的泵探针技术已经打开了获取亚分子尺度上的动力学特性的大门，最近通过测量单个原子的自旋寿命证明了这一点。然而，直到最近，在扫描探针光谱学中获得了分子的非平衡电子状态，这通过与导电载体的电子去耦来实现。

【成果简介】

近日，在德国雷根斯堡大学Jascha Repp课题组带领下，展示了如何通过电子泵探针原子力显微镜（AFM）来探测单个并五苯分子的非平衡暗态（三重态）的寿命。结合这种方法和实空间的原子分辨率，揭示了共吸附氧分子激发态淬灭的原子细节。并五苯与邻近的氧的不同原子排列，从而使分子排列和激发-能量转移速率之间有了直接的联系。氧分子相对于并五苯的精确位置是至关重要的，它为三重态淬灭现象提供了前所未有的原子视角。这种淬灭在光化学中具有重要意义，因为它导致了活性氧的形成，而活性氧限制了有机电子材料的耐久性，并且在超分辨率显微镜、光催化和光动力疗法等广泛的应用中至关重要。尽管几十年来对光敏化产生单重态氧的机理进行了广泛的研究，但对分子激发态和氧之间的微观相互作用途径仍然没有广泛的共识。相关成果以题为“Atomically resolved single-molecule triplet quenching”发表在了Science。

【图文导读】

图1 AFM测量单分子三重态寿命的实验步骤