納米級機械有很多用途，包括藥物輸送、單原子晶體管技術(shù)或內(nèi)存存儲。然而，機器必須在納米級組裝，這對研究人員來說是一個相當(dāng)大的挑戰(zhàn)。
對于納米技術(shù)工程師來說，最終目標(biāo)是能夠在納米尺度上逐個組裝功能機械。在宏觀世界中，我們可以簡單地抓取物品來組裝它們。不再“抓住”單個分子并非不可能，但它們的量子性質(zhì)使它們對操縱的反應(yīng)不可預(yù)測，限制了一個一個地組裝分子的能力。由于德國亥姆霍茲學(xué)會Jülich 研究中心領(lǐng)導(dǎo)的國際努力，包括華威大學(xué)化學(xué)系的研究人員，這一前景現(xiàn)在離現(xiàn)實更近了一步。
在2021 年 11 月10日發(fā)表在《科學(xué)進展》雜志上的論文“常設(shè)分子的穩(wěn)定潛力”中，一個國際研究小組已經(jīng)能夠揭示單個常設(shè)分子的一般穩(wěn)定機制，該機制可以用于表面三維分子器件的合理設(shè)計和構(gòu)建。
掃描探針顯微鏡 (SPM) 使分子尺度制造的愿景更接近現(xiàn)實，因為它提供了重新排列表面原子和分子的能力，從而允許創(chuàng)建不會自發(fā)形成的亞穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)。使用 SPM，Christian Wagner 博士和他的團隊能夠與表面上的單個固定分子苝-四羧酸二酐 (PTCDA) 相互作用，以研究熱穩(wěn)定性和分子將不再穩(wěn)定并回落到它的自然狀態(tài)，它吸附在表面上。該溫度為 -259.15 攝氏度，僅比絕對零溫度點高 14 度。
與華威大學(xué)化學(xué)系 Reinhard Maurer 博士合作進行的量子化學(xué)計算能夠揭示分子的微妙穩(wěn)定性源于兩種強大的抵消量子力的競爭，即來自表面和由分子和表面之間的錨點產(chǎn)生的短程恢復(fù)力。
華威大學(xué)化學(xué)系Reinhard Maurer 博士評論道：
“防止分子翻倒的相互作用平衡非常微妙，對我們的量子化學(xué)模擬方法來說是一個真正的挑戰(zhàn)。除了教我們穩(wěn)定這種不尋常的納米結(jié)構(gòu)的基本機制外，該項目還幫助我們評估和改進我們方法的能力。”
來自 Jülich 研究中心的 Peter Grünberg 量子納米科學(xué)研究所 (PGI-3) 的 Christian Wagner 博士評論道：
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