分子月球着陆器：在纳米尺度上洞察表面分子运动

多年来，科学家们一直对分子如何在表面上移动很感兴趣。该工艺对许多应用至关重要，包括催化和纳米级器件的制造

现在，利用Laue Langevin研究所（ILL）进行的中子光谱实验以及先进的理论模型和计算机模拟，Anton Tamtö领导的团队；格拉茨理工大学的gl揭示了三苯基膦（PPh3）分子在石墨表面的独特运动，这种行为类似于纳米级月球着陆器

这项研究发表在《通讯化学》杂志上

事实上，PPh3分子表现出显著的运动形式，以挑战先前理解的方式滚动和平移。这种类似月球着陆器的运动似乎得益于它们独特的几何形状和与表面的三点结合

从300 K温度下的分子动力学模拟中提取的俯视图中显示单个三苯基膦分子在石墨上运动的视频。来源：TU Graz“深入石墨表面分子运动的复杂世界是一段激动人心的旅程，”Anton Tamtö；gl.“测量和模拟揭示了分子的复杂运动和‘舞蹈’，使我们对表面动力学有了更深入的了解，并为材料科学和纳米技术开辟了新的视野。”

三苯基膦是合成有机化合物和纳米颗粒的重要分子，具有许多工业应用。该分子呈现出一种特殊的几何形状：PPh3是金字塔形的，其三个环状原子基团排列成螺旋桨状

中子在研究材料的结构和动力学方面提供了独特的可能性。在一个典型的实验中，散射出样品的中子是作为其方向和能量变化的函数进行测量的。由于其能量较低，中子是研究分子旋转和扩散等低能激发的优秀探针。中子光谱测量在ILL仪器IN5（TOF光谱仪）和IN11（中子自旋回波光谱仪）上进行

“即使样本量很小，ILL强大的光谱仪也能让我们跟踪这些迷人分子系统的动力学，这真是令人惊讶，”ILL科学家Peter Fouquet说。“中子束不会破坏这些敏感的样品，可以与计算机模拟进行完美的比较。”

研究表明，PPh3分子与石墨表面的相互作用方式使它们能够以惊人的低能垒移动。这种运动的特点是分子的旋转和平移（跳跃运动）。虽然旋转和分子内运动在高达约300K的温度下占主导地位，但分子在表面上从350-500 K开始进行额外的平移跳跃运动。

了解纳米级分子运动的详细机制为制造具有定制性能的先进材料开辟了新途径。除了基本的兴趣之外，PPh3和相关化合物在石墨表面上的运动对应用具有重要意义