高频率分辨率的分子振动测量方法

图1 显微镜下的超导铅表面的酞菁铅分子形状如同四叶草；研究人员使用新的方法对这些分子的振动进行了研究

分子中的原子以特定的模式和频率振动，故而振动是研究分子及化学反应等分子过程的重要工具。尽管扫描隧道显微镜有能力对单个分子进行成像，但目前为止，人们仍旧很难观察到分子的振动。

如今，德国基尔大学的物理学家们发明了一种探测分子振动的方法，能够把振动信号放大50倍；这一方法同时还大幅提高了频率分辨率，将增进人们对分子系统相互作用的认识，并推动相应仿真方法的改进。该研究小组将其研究结果发表在Physical Review Letters上。

这一方法由实验与应用物理研究所的Jan Homberg博士、Alexander Weismann博士和Richard Berndt教授提出，其原理基于一类特殊的量子力学效应——“非弹性隧穿”。当电子从扫描隧道显微镜的金属尖端穿过分子、进而到达基底表面时，会向分子释放能量或从分子中吸收能量，这种能量交换的发生程度取决于不同分子的性质。

通常情况下，这种能量转移极少发生，因此很难被测量到。为了放大测量信号、同时实现高频率分辨率，基尔大学的研究团队利用了他们此前发现的超导体分子的一种特殊特性：假如适当排列，分子光谱中就能呈现出一种针状的、高且尖锐的峰值——即所谓的Yu-Shiba-Rusinov共振。

图2 图中模型展示了铅基底上的分子排列

原文见：Jan Homberg et al, Resonance-Enhanced Vibrational Spectroscopy of Molecules on a Superconductor, Physical Review Letters (2022). DOI: 10.1103/PhysRevLett.129.116801。