由NIMS、大阪大學(xué)科學(xué)研究生院和金澤大學(xué)納米生命科學(xué)研究所(WPI-NanoLSI)領(lǐng)導(dǎo)的國際研究小組首次成功通過結(jié)構(gòu)異構(gòu)化控制單個(gè)分子的手性。該團(tuán)隊(duì)還成功合成了具有兩個(gè)不成對電子的高反應(yīng)性雙自由基。這些成就是在低溫下使用掃描隧道顯微鏡探針取得的。

在有機(jī)化學(xué)中控制單個(gè)分子單元的手性并合成反應(yīng)性極高的雙自由基通常非常具有挑戰(zhàn)性，從而阻礙了對雙自由基的電子和磁性特性的詳細(xì)研究。這些問題激發(fā)了控制表面單個(gè)分子結(jié)構(gòu)的化學(xué)反應(yīng)技術(shù)的發(fā)展。

該研究小組最近開發(fā)了一種技術(shù)，使他們能夠以受控方式修改三維納米結(jié)構(gòu)中特定單個(gè)分子單元的手性。這是通過在超高真空條件下的低溫下用來自掃描隧道顯微鏡探針的隧道電流激發(fā)目標(biāo)分子單元來實(shí)現(xiàn)的。通過精確控制電流注入?yún)?shù)(例如，在給定施加電壓下注入隧道電流的分子位點(diǎn))，該團(tuán)隊(duì)能夠?qū)⒎肿訂卧匦屡帕谐扇N不同的配置：兩種不同的立體異構(gòu)體和一種雙自由基。最后，團(tuán)隊(duì)通過使用一系列一維分子數(shù)組中的二進(jìn)制和三元值對 ASCII 字符(讀作“NanoProbe Grp.NIMS©”)進(jìn)行編碼，展示了結(jié)構(gòu)異構(gòu)化的可控性和再現(xiàn)性，每個(gè)數(shù)組代表一個(gè)字符(圖)。

在未來的研究中，該團(tuán)隊(duì)計(jì)劃制造由設(shè)計(jì)分子單元組成的新型碳納米結(jié)構(gòu)，其構(gòu)型通過本項(xiàng)目開發(fā)的結(jié)構(gòu)異構(gòu)化技術(shù)控制。此外，該團(tuán)隊(duì)還將探索創(chuàng)建量子材料的可能性，其中自由基分子單元按照設(shè)計(jì)引導(dǎo)單元之間的磁交換耦合——一種量子力學(xué)效應(yīng)。