又一篇手性诱导成果登上Science!
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美国西北大学的一个化学家小组与帕尔马大学的研究人员合作发现,当量子自旋从一个电子转移到另一个电子并在材料中移动时,手性诱导自旋选择性效应(CISS)是由相关分子而不是基质引起的。
该研究成果发表于《科学》(Science)杂志的论文中,该研究小组介绍了他们的实验以及实验结果的可能用途。宾夕法尼亚大学化学教授约瑟夫-苏博特尼克(Joseph Subotnik)在同一期杂志上发表了一篇《视角》文章,概述了研究小组在这方面所做的工作。
正如苏博特尼克所指出的那样,了解电子穿过分子的方式以及电子携带能量的方式,对于从发光二极管到光伏电池等多种现代技术的开发和制造起着至关重要的作用。作为这项工作的一部分,科学家们发现了现在所谓的 CISS 效应,即分子的左旋或右旋会影响具有不同自旋的电子如何在材料中移动。
之前试图观察 CISS 效应的研究都涉及到基底的使用,这表明这种效应的发生需要一个基底。在这项新的研究中,研究人员找到了一种在孤立分子中观察 CISS 效应的方法,证明是分子造成了这种现象。
TREPR光谱的时间和场依赖性。实验(A)和模拟(B)TREPR光谱的实验(A)和模拟(B)时间和场依赖性(R和S)-1-h,每个分子的长轴垂直于施加的磁场方向。使用非线性色标增强了横向 CISS 特征的时间依赖性。
研究在孤立的分子中观察到这种效应,研究小组首先创造了由三个主要部分组成的分子:电子供体、桥和电子受体。然后,他们培育出由这些分子组成的晶体,并利用磁场将它们排列整齐,然后将它们冷冻起来。在这种配置下,研究人员可以通过旋转盛放晶体的仪器来改变晶体的手性。
为了观察 CISS 效应,研究小组向供体分子发射了一道激光,迫使电子释放,电子穿过一座桥,与受体分子结合。研究小组利用电子顺磁共振光谱仪监测了这一过程--测量结果表明,电子的自旋受到桥分子手性的影响。这证明不需要基底。
参考文献
Hannah J. Eckvahl et al, Direct observation of chirality-induced spin selectivity in electron donor–acceptor molecules, Science (2023). DOI: 10.1126/science.adj5328
Joseph E. Subotnik, Chiral molecules to transmit electron spin, Science (2023). DOI: 10.1126/science.adk5634
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