单原子分子测控的进展
徐春凯 陈向军 徐克尊
(中国科学技术大学选键化学开放实验室、原子分子物理实验室,合肥 230027)
摘 要: 单原子分子测控是近年来发展起来的实验技术,其操作对象是单个的原子或分
子。完整的单原子分子测控包含了对单原子分子的成像、识别、操纵和组合分解四个方面。
本文分别对这四个方面进行了系统综述,介绍了国内外相关技术的发展和现状,并对其未来
做了展望。
利用扫描隧道谱(STS) 只能获得表
面费米能级两边几电子伏特内的电子态,不能确定固体表面原子的种类;
微观成像技术的发展
在实空间对一个物体的结构观测和成像是人类一直追求的目标之一。人的眼睛的空
间分辨约为0. 1 mm ,藉助光学显微镜,受衍射极限的限制,最高空间分辨近似为λ/ 2 ,对
可见光约为0. 2 μm。现在经过特殊努力,在近场情况下[1 ] ,空间分辨已经能够达到2
nm。为了观测更微小的物体,必须利用波长更短的波作为光源。例如,用X 射线衍射方
法测量各种晶体的结构。除了X 射线外,由于电子具有波动性,根据德布罗意关系,50
keV 能量的电子的波长为0. 00536 nm ,远小于可见光波长,因而电子显微镜可以得到更
好的空间分辨。自1933 年鲁斯卡(N. Ruska) 首先研制成功以来,目前空间分辨已做到
0. 2 nm ,可以清楚地看到病毒和细胞、晶体结构等,在生物、医学、物理、化学、地质、冶金
等各方面获得了广泛的应用。但是所有的衍射手段都不是对样品的实空间进行直接观
测,只能从衍射信息反推间接地得到样品的结构。
单分子识别上的进展
比起单原子识别,单分子识别方面的进展要快得多。这是因为分子中原子间的相互
作用使分子能级非常复杂,这虽然加大了分子识别的难度,但也使分子中一些能级(如振
动转动能级) 的激发能很低,利用这些能级,就可以在一定程度上做到单分子识别
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