相互竞争的量子相互作用使单个分子能够站起来

纳米级机械有很多用途，包括药物输送、单原子晶体管技术或内存存储。然而，机器必须在纳米级组装，这对研究人员来说是一个相当大的挑战。

对于纳米技术工程师来说，最终目标是能够在纳米尺度上逐个组装功能机械。在宏观世界中，我们可以简单地抓取物品来组装它们。不再“抓住”单个分子并非不可能，但它们的量子性质使它们对操纵的反应不可预测，限制了一个一个地组装分子的能力。由于德国亥姆霍兹学会Jülich 研究中心领导的国际努力，包括华威大学化学系的研究人员，这一前景现在离现实更近了一步。

在2021 年 11 月10日发表在《科学进展》杂志上的论文“常设分子的稳定潜力”中，一个国际研究小组已经能够揭示单个常设分子的一般稳定机制，该机制可以用于表面三维分子器件的合理设计和构建。

扫描探针显微镜 (SPM) 使分子尺度制造的愿景更接近现实，因为它提供了重新排列表面原子和分子的能力，从而允许创建不会自发形成的亚稳态结构。使用 SPM，Christian Wagner 博士和他的团队能够与表面上的单个固定分子苝-四羧酸二酐 (PTCDA) 相互作用，以研究热稳定性和分子将不再稳定并回落到它的自然状态，它吸附在表面上。该温度为 -259.15 摄氏度，仅比绝对零温度点高 14 度。

与华威大学化学系 Reinhard Maurer 博士合作进行的量子化学计算能够揭示分子的微妙稳定性源于两种强大的抵消量子力的竞争，即来自表面和由分子和表面之间的锚点产生的短程恢复力。

华威大学化学系Reinhard Maurer 博士评论道：

“防止分子翻倒的相互作用平衡非常微妙，对我们的量子化学模拟方法来说是一个真正的挑战。除了教我们稳定这种不寻常的纳米结构的基本机制外，该项目还帮助我们评估和改进我们方法的能力。”

来自 Jülich 研究中心的 Peter Grünberg 量子纳米科学研究所 (PGI-3) 的 Christian Wagner 博士评论道：

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