日前，中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)微尺度物質(zhì)科學(xué)國(guó)家實(shí)驗(yàn)室的侯建國(guó)院士、楊金龍教授和朱清時(shí)院士等科研人員利用低溫超高真空掃描隧道顯微鏡，巧妙地對(duì)吸附于金屬表面的鈷酞菁分子進(jìn)行“單分子手術(shù)”，成功實(shí)現(xiàn)了單分子自旋態(tài)的控制。這是世界上首次實(shí)現(xiàn)單個(gè)分子內(nèi)部的化學(xué)反應(yīng)，并利用局域的化學(xué)反應(yīng)來改變和控制分子的物理性質(zhì)，從而實(shí)現(xiàn)重要的物理效應(yīng)，為單分子功能器件的制備提供了一個(gè)極為重要的新方法，揭示了單分子科學(xué)研究的新的廣闊前景。9月2日出版的美國(guó)《科學(xué)》雜志發(fā)表了他們的論文，并在同期的“透視”欄目中專文對(duì)該成果進(jìn)行了介紹和評(píng)價(jià)。 　　長(zhǎng)期以來，中外科學(xué)家一直期望可以像做手術(shù)一樣隨意對(duì)單個(gè)分子進(jìn)行精確的修飾和“改造”，以實(shí)現(xiàn)特定的功能。上世紀(jì)90年代美國(guó)科學(xué)家W. Ho領(lǐng)導(dǎo)的實(shí)驗(yàn)室在世界上首次利用掃描隧道顯微鏡實(shí)現(xiàn)了單個(gè)小分子的化學(xué)反應(yīng)，揭示了“單分子手術(shù)”這一嶄新方法的巨大潛力。但數(shù)年來，利用單分子化學(xué)反應(yīng)來實(shí)現(xiàn)特殊物理性質(zhì)卻一直是未能實(shí)現(xiàn)的前沿難題。 　　據(jù)介紹，具有高度的對(duì)稱性和穩(wěn)定性的鈷酞菁分子是一種僅1.3納米大小的共軛大環(huán)平面分子，它與人體內(nèi)的血紅素、植物體內(nèi)的葉綠素具有非常相似的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)，在光電器件、生物技術(shù)等方面具有廣泛和重要的應(yīng)用與研究?jī)r(jià)值。從2002年起，中國(guó)科大的研究人員就意識(shí)到這類帶磁性離子的分子具有巨大研究?jī)r(jià)值和應(yīng)用前景，他們通過兩年多的不懈努力，系統(tǒng)地研究了該分子吸附于金屬表面的各種物理、化學(xué)性質(zhì)，在此基礎(chǔ)上巧妙地對(duì)其進(jìn)行“單分子手術(shù)”，成功“剪裁”其分子外圍的氫原子，并使其與金屬表面形成穩(wěn)定的化學(xué)鍵。研究人員發(fā)現(xiàn)，當(dāng)鈷酞菁分子吸附到金屬表面后，其中心的二價(jià)鈷離子的局域磁矩完全消失。但通過在分子內(nèi)部實(shí)現(xiàn)的精確“手術(shù)”后，卻能夠使整個(gè)分子的空間結(jié)構(gòu)和電子結(jié)構(gòu)產(chǎn)生變化，由此可以改變和調(diào)控其中心鈷離子的自旋態(tài)，使其顯示出由局域磁性所引起的近藤效應(yīng)。 　　該雜志審稿人認(rèn)為：“該實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)極好，結(jié)果新穎，分析也同樣出色，這是新穎的單分子功能調(diào)控的一個(gè)極好的例子”，“文章的新穎之處在于提出局域自旋可以通過這種過程產(chǎn)生并呈現(xiàn)出近藤效應(yīng)。作為一個(gè)完整的體系，這項(xiàng)實(shí)驗(yàn)工作開辟了一個(gè)新的領(lǐng)域”。 　　中國(guó)科技大學(xué)單分子選鍵化學(xué)研究，起步于1994年朱清時(shí)院士來中國(guó)科大創(chuàng)建中科院選鍵化學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室。1996年朱清時(shí)院士立足學(xué)科發(fā)展的前沿，組織了以侯建國(guó)教授和楊金龍教授分別為實(shí)驗(yàn)和理論學(xué)術(shù)帶頭人的多學(xué)科交叉的研究團(tuán)隊(duì)，開始利用低溫掃描隧道顯微技術(shù)研究單分子選鍵化學(xué)。該團(tuán)隊(duì)在國(guó)家自然科學(xué)基金委、中科院和科技部的持續(xù)項(xiàng)目支持下，先后取得了一系列原創(chuàng)性的有重大影響力的研究成果，在《自然》、《物理評(píng)論快報(bào)》、《美國(guó)化學(xué)會(huì)志》等國(guó)際權(quán)威學(xué)術(shù)期刊發(fā)表多篇論文。研究成果曾獲1999年中國(guó)基礎(chǔ)研究十大新聞、2001年中國(guó)基礎(chǔ)研究十大新聞、2001年中國(guó)十大科技進(jìn)展、2003年安徽省自然科學(xué)一等獎(jiǎng)等。