原子レベルで物質を制御:バース大学のブレークスルー(Controlling matter at the atomic level: University of Bath breakthrough)

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2024-12-02 バース大学

バース大学の物理学者を中心とする国際研究チームは、走査型トンネル顕微鏡(STM)を用いて、単一分子の化学反応における競合する生成物の割合を制御することに成功しました。従来、STMは個々の原子や分子の位置を操作するために使用されてきましたが、競合する反応経路の制御は困難でした。今回の研究では、STMの原子レベルの精度を活用し、特定のエネルギーを注入することで、反応の結果を望ましい方向に誘導できることを示しました。この成果は、製薬業界における新薬開発の効率化や持続可能性の向上に寄与する可能性があります。

<関連情報>

単一分子反応の競合結果を測定することで、古典的アレニウス化学反応速度論が明らかになる Measuring competing outcomes of a single-molecule reaction reveals classical Arrhenius chemical kinetics

Pieter J. Keenan,Rebecca M. Purkiss,Tillmann Klamroth,Peter A. Sloan & Kristina R. Rusimova
Nature Communications  Published:28 November 2024
DOI:https://doi.org/10.1038/s41467-024-54677-1

原子レベルで物質を制御:バース大学のブレークスルー(Controlling matter at the atomic level: University of Bath breakthrough)

Abstract

Programming matter one molecule at a time is a long-standing goal in nanoscience. The atomic resolution of a scanning tunnelling microscope (STM) can give control over the probability of inducing single-outcome single-molecule reactions. Here we show it is possible to measure and influence the outcome of a single-molecule reaction with multiple competing outcomes. By precise injection of electrons from an STM tip, toluene molecules are induced to react with two outcomes: switching to an adjacent site or desorption. Within a voltage range set by the electronic structure of the molecule-surface system, we see that the branching ratio between these two outcomes is dependent on the excess energy the exciting electron carries. Using known values, ab initio DFT calculations and empirical models, we conclude that this excess energy leads to a heating of a common intermediate physisorbed state and gives control over the two outcomes via their energy barriers and prefactors.

0500化学一般
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