单个分子可以吸收热量 - 美国大学新闻

赖斯博士领导的自然研究通过分子来测量热导

一个分子能吸收多少热量?到目前为止，这是一个很难回答的问题，但崔隆基正在调查此事。

本周，莱斯大学的研究人员和他在密歇根大学的前同事在《自然》杂志上发表了第一个通过单个分子直接测量热导的实验。

莱斯大学的一名博士后领导了密歇根大学的一项研究，该研究旨在测量单分子是如何通过一种定制的探针来传导热量的。点击图片查看大图。(资料来源:崔隆基)

崔去年以J. Evans Attwell-Welch博士后研究员的身份加入了Rice’s Smalley-Curl研究所，他是这篇论文的第一作者，该论文不仅详细描述了测量数据，还详细介绍了他开发的获取数据的巧妙方法。

“我们基本上演示了一种单分子导热体，是你能想象到的最小的导热体，”” Cui说。“我们结合了一个扫描隧道显微镜，可以操纵单个分子和原子和一个超高分辨率的传感技术称为皮科瓦特(1瓦特功率的万亿分之一)量热法。”使他们能够测量携带热量的声子，当它们以80皮考特的分辨率穿过单个分子中的一维原子链时。

这项技术的核心特征是一个纳米尺度的探针，顶端镀有一层金，看起来像一个音叉，把手很短。在叉的内部是一个灵敏的量热计，它测量了在加热的尖端和金底物之间穿过分子的能量流。

”是崔的博士论文，他说，为了让这个实验成为可能，他付出了很多努力。单分子结的测量既需要极高的机械稳定性，又需要极高的温度敏感性，而一般来说，这两者并不互补

隆基崔

实验中，目标分子的自组装单层首先沉积在金基底上。他们用扫描探针抓住一个分子的一端，用扫描隧道显微镜的压电机制拉伸
2，就像以百分之五纳米每秒的速度缓慢地拉伸太妃糖
2一样，直到连接断开。当我们拉伸分子时，我们监测分子电导的变化，以确定it’s实际上是一个夹在分子尖端和基底之间的分子

他们发现，携带热的声子受分子
2的长度影响最小。在这种情况下，当底物和金尖之间拉伸时，端硫醇的烷烃分子
2的碳原子数在2到10个之间。这与电导成正比，电导随分子长度呈指数下降。

崔教授说:现在我们了解了声子在基本分子极限下的行为。展望未来，我想我们可以寻找其他一维分子系统，比如长聚合物。理论学家预测声子可以更容易地沿着如此长的分子链传输能量。此外，捕捉和控制非常小的温度变化的能力在许多领域都很重要，如高精度计时应用、激光腔输出和热摄像机

显微镜图像显示，这种微型探针用于通过单个分子测量热导。点击图片查看大图。(资料来源:崔隆基)

崔来到休斯敦与物理学家道格拉斯·内特森(Douglas Natelson)合作。内特森几年前在一次大米研讨会上认识，他自己在单分子测量方面的工作帮助激发了这项新研究。

Cui’s在Rice的时间很短，因为他将于明年1月成为科罗拉多大学博尔德分校机械工程和材料科学与工程助理教授。但就目前而言，他很享受与内特森合作的机会。

“Doug是一个完美的导师，他能帮助我继续前进，并找到我想要的研究方向。’s是单分子和纳米结构拉曼光谱的先驱，I’m致力于测量另一种基本粒子、光子以及光子与电子和声子的相互作用在小分子器件中的行为

请访问https://www.nature.com/articles/s41586-019-1420-z阅读摘要。