观察单个激发态分子的生与死

研究人员观察到电子在单个分子的不同能级之间跳跃，以及当多余的能量转移到附近的氧分子时如何抑制这种跳跃——这个过程被称为猝灭。

通过将这两个分子以原子精度定位在一个表面上，该团队可以研究它们的几何排列如何影响淬火。分子之间的能量传递是化学和生命的基本过程，例如光合作用。

一个团队Jascha棱纹平布而且金波彭在德国雷根斯堡大学，与狮子座总和瑞士IBM研究实验室的同事们使用原子力显微镜(AFM)对一个吸附在氯化钠晶体表面的并五苯分子进行了光谱分析，这是一个由五个苯环组成的链。他们使用电压脉冲来激发和探测电子状态，而不是光。

在分子的最低能量状态下，它所有的电子都是成对的，自旋相反:这就是所谓的单线态。但如果它被能量激发，两个最高能量的电子可以占据不同的轨道，然后有相同的自旋。这被称为三重态。Repp和同事们研究了单个并五苯分子的第一个激发态是如何衰变为单线态的。

来自原子力显微镜金属针尖的初始电压脉冲位于分子上方，将能量泵入分子，随后的脉冲监测分子在不同时间所处的电子状态。通过对单个分子的重复运行，研究人员可以推断出激发态的平均寿命和衰变速率。他们的结果与对稀并五苯的单分子光学测量结果一致。

然后，研究人员研究了单个氧分子如何通过吸收并五苯的能量来抑制并五苯的激发态。Repp和同事们使用AFM尖端将吸附的氧分子拖拽到并五苯附近的不同位置，并测量了随着几何排列的改变，三态的寿命是如何变化的。

Repp说，无论是在实验上还是在理论上，测量能量传递如何依赖于分子的几何排列几乎是不可能的——部分原因是理论方法主要是为计算基态性质而设计的。

“这些实验令人印象深刻，因为它们能够将能量转移动力学与特征结构联系起来，而不需要大量的合成化学来锁定分子位置，”他说大卫Beratan他是美国杜克大学生物分子系统能量收集和电荷传输方面的专家。“其吸引力在于它的几何形状是直接测量出来的。”

如果这种单分子的AFM操作可以扩大，他说威廉近代他是美国斯坦福大学的教授2014年诺贝尔化学奖对于他在单分子荧光显微镜方面的工作，那么“这些方法可能有助于组装分子的几何构型，以用于未来的应用”，例如在分子光电子学中。

纳米光子学专家说，更好地了解三重态猝灭有助于开发分子光子器件大卫·安德鲁斯英国东安格利亚大学教授。他说:“三联体态的形成有时是一件麻烦事，会干扰人们寻求应用的光物理通道。”“因此，对如何构造材料以优化三态淬火的任何更复杂的理解无疑都是有用的。”