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单分子科学是一门新兴的交叉科学,在当前的科技发展中具有重要意义.扫描隧道显微镜是研究单分子的一种强有力而独特的工具.文章以作者所在研究组近年来在单分子表征、操控和原型器件设计等方面的研究工作进展为例,概述了扫描隧道显微镜在单分子科学中的应用,重点介绍了以下成果:在硫醇分子自组装单层膜上观测到C60分子的本征笼状结构,并发现了一种新颖的由C60分子取向产生的拓扑序;结合实验图像和理论模拟,确定了单个C60分子在Si(111)-7×7表面的吸附取向;通过对金属富勒烯分子Dy@C82进行空间和能量分辨成像及相关理论模拟,确定了金属原子相对碳笼的位置及分子的取向;利用扫描隧道显微镜针尖对吸附在Au(111)表面的单个CoPc分子操作"分子手术",以实现其吸附态和自旋态的量子调控;发现了一种由单电子隧穿和C59N分子的特殊能级结构产生的新的整流机制;发现了一种由针尖电子态和CoPc分子中Co原子轨道的空间对称性匹配产生的负微分电阻效应. 相似文献
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富勒烯自由基通常是在空气中短暂存在或不稳定的短寿命物种,超分子屏蔽是近年来被发展用于稳定富勒烯自由基稳定的一种有效策略.本文将共价桥联碳质π电子共轭双嵌N分子碗作为客体C59N·富勒烯自由基的理想宿主体,通过密度泛函理论计算研究了二者之间的主客体相互作用、热力学、自旋电子密度等性质.结果发现C59N·富勒烯自由基嵌螯在该钳形双分子碗的凹穴内而被屏蔽,从而有效避免单电子结构的暴露和C59N·自由基之间的化学二聚,即显著增强其动力学稳定性和寿命,这种策略对富勒烯自由基在自旋电子学、超分子电子器件或光电转换器件等领域的应用具有潜在指导价值.此外,本研究还发现通过超分子屏蔽策略,理论上可以实现对(C59N)2二聚体分子中键连两个碳笼的C-C进行重构,这也为富勒烯相关体系中C-C键构建的提供了一种新的思路与途径. 相似文献
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单分子探测技术是一项超高灵敏度的探测技术,在生物、医学和环境等领域有着广泛的应用。在这里,本文简要介绍了基于激光诱发荧光方法的单分子探测谱仪的原理和装置,以及用CC5染料分子在该探测谱仪上进行的若干实验研究结果,包括样品流速的影响、能量特性、浓度线性、检测限等方面,并讨论了光漂白现象对实验结果的影响。 相似文献
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扫描隧道显微镜(STM)提供给我们一种表征单分子的局域物理和化学特性的特殊方法,甚至还能帮助我们操纵单分子以构造分子尺度的新型器件。本文中我们采用了两种新型STM技术分别来表征封装在富勒烯笼里面的金属原子和构造一种具有较强Kondo效应的分子器件。空间dI/dV映像谱被用来探索单个Dy@C82分子中能量分辨的金属-笼杂化态,揭示了有关Dy原子在碳笼中的空间位置和Dy-碳笼之间相互作用的重要信息。我们也通过控制STM针尖诱导的高电压脉冲来诱导CoPc分子的边缘脱氢化,从而改变了这个分子在Au(111)表面的吸附构型,导致吸附在Au表面的完整CoPc分子所不具备的Kondo效应产生。 相似文献
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通过?-A等温线研究了含钙离子浓度不同的水溶液亚相上胆红素/胆固醇混合单分子膜的性质.在此基础上,采用数学方法计算了不同亚相上单分子膜的平均单分子面积、崩溃压、表面压缩系数、超额单分子面积、混合自由能和超额自由能.结果表明,在钙离子溶液亚相上混合单分子膜的结构发生扩张,并且在界面上形成非理想混合单分子膜.与理想混合时相比,这种混合单分子膜在超额单分子面积上表现为明显的正偏差.在纯水亚相上,胆红素与胆固醇的摩尔比为3:2时混合单分子膜为热力学最稳定体系.但是在钙离子浓度逐渐增大的亚相中,这种摩尔比的混合单分子膜热力学稳定性被破坏,即混合单分子膜中的不同组分间自发混合能力下降,这是由于受到钙离子与胆红素和胆固醇之间配位作用的影响.此外,在钙离子溶液亚相中,在较低的表面压下制备出的混合膜具有更好的热力学稳定性. 相似文献