Science:侯建国院士等发展STM-AFM-TERS联用技术在单分子精密测量中取得进展

近日，中国科学技术大学单分子科学团队侯建国院士、王兵教授、谭世倞教授等发展了多种扫描探针显微成像联用技术，实现了对单分子在电、力、光等外场作用下不同内禀参量响应的精密测量，在单化学键精度上实现了单分子多重特异性的综合表征。相关研究成果以Determining structural and chemical heterogeneities of surface species at the single-bond limit为题，发表在《科学》杂志上（Science 2021, 371, 818–822）。

2013年，侯建国院士领衔的单分子科学团队就利用针尖增强拉曼成像技术（TERS），首次实现了亚纳米级的化学识别（Nature 2013, 498, 82），此项工作被选为当年度中国十大科技进展新闻。

图：侯院士团队2013年研发的具有亚纳米分辨的单分子拉曼成像技术

2019年，团队将该技术的空间分辨推进至1.5埃（Nat. Sci. Rev. 2019, 6, 1169），为进一步拓展针对分子特异性的全局表征研究打下了基础。

图：扫描拉曼埃分辨显微术的艺术化效果图

在前期工作基础上，该团队发展了STM-AFM-TERS联用技术，并利用这一高分辨的综合表征技术，以并五苯分子及其衍生物作为模型体系，结合电、力、光等不同相互作用，实现了对电子态、化学键结构和振动态、化学反应等多维度内禀参量的精密测量。在技术上，通过集成高灵敏度的单光子计数器，研究团队将拉曼光谱的实空间成像速度提高了2个数量级，成功实现了并五苯分子化学反应前后的动态跟踪与测量。

图：基于扫描探针的单分子多参量测量示意图: (A)探针，（B）拉曼光谱光路，（C）AFM像，（D）STM像和利用高灵敏单光子计数器同步采集的C-H振动拉曼光谱像，（E）分子骨架结构的拉曼光谱像。

《科学》杂志审稿人评价该技术“becoming highly influential across the fields”。

中国科大微尺度物质科学国家研究中心博士生胥佳玉、祝翔是该论文的共同第一作者，侯建国院士、王兵教授、谭世倞教授为论文通讯作者。

论文连接：Determining structural and chemical heterogeneities of surface species at the single-bond limit