FUTURE | 远见 闵青云 选编
近日，Sci. Adv.在线发表了武汉大学丰敏教授、中国人民大学季威教授和匹兹堡大学Hrvoje Petek教授课题组的研究论文，题目为「Charge-transfer dipole low-frequency vibronic excitation at single-molecular scale」，论文的第一作者为Cancan Lou、Yurou Guan和Xingxia Cui。
理解单分子水平上的电子-振动耦合对于理解固体及其界面中的各种物理现象至关重要，这包括探索复杂的能量耗散途径和相关的量子态。通过精细创建一个断裂结来组装电极之间的一个分子，实现了单分子输运测量，成功揭示了单个分子内的振动耦合电流。由于振动耦合与初始和最终振子态的积分密切相关，由于结之间未解决的分子吸附构型，对定义过程的分析可能面临挑战。扫描隧道显微镜（STM）振动光谱学为电子振动耦合提供了亚分子见解，在探测关键的低频振动激发时面临挑战。由于固体衬底上的本征态展宽，解析低频振动态需要强解耦。
在此研究中，作者在STM结中设计了一种II型能带排列，以实现有效的电荷转移态解耦。该策略能够成功识别单个C60分子内的最低频率Hg(ω1)（拉曼活性Hg模式）振动激发，尽管在C60单分子晶体管的电子输运中表现得尤为明显，但它仍然隐藏在亚分子水平。研究结果表明，观察到的Hg(ω1)激发与所有分子「锚定」，而与局域几何形状无关，这挑战了对由Franck-Condon原理控制的振动激发结构定义的普遍理解。密度泛函理论（DFT）计算揭示了分子-衬底界面电荷转移偶极的存在，虽然以前被忽视，但它驱动主导的Hg(ω1)激发。这种电荷转移偶极不是特定的，但在界面上必须是普遍的，影响电荷输运中的振动耦合。
图1 | STM结中分子电子态与衬底解耦策略的示意图描述。
图2 | C60在SnSe(001)表面的吸附结构。
图3 | C60分子的dI/dV光谱和带隙LUMO共振。
图5 | C60-SnSe界面偶极和Hg(ω1)_I振动诱导偶极。
论文链接：
Lou, C., Guan, Y., Cui, X. et al. Charge-transfer dipole low-frequency vibronic excitation at single-molecular scale. Sci. Adv., 2024, 10, eado3470. https://doi.org/10.1126/sciadv.ado3470
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