研究人員開發出分子設計新準則可防止電子透過原子振動耦合損失能量
透過基於雷射的光譜技術發現的新分子設計規則能夠使電子與原子振動解除耦合，從而顯著提高有機發光二極管和生物醫學成像等應用的性能。自從一百多年前發現量子力學以來，人們就知道分子中的電子可以與構成分子的原子的運動耦合。原子的運動通常被稱為分子振動，就像微小的彈簧一樣，發生週期性的運動。
對於這些系統中的電子來說，與這些振動相連意味著它們也在不斷運動，以百萬分之一億秒的時間尺度隨著原子的旋律起舞。但是，所有這些舞動都會導致能量損失，並限制有機分子在發光二極管（OLED）、紅外線感測器以及用於研究細胞和標記癌細胞等疾病的螢光生物標記物等應用中的表現。
現在，研究人員利用雷射光譜技術發現了能夠阻止這種分子舞蹈的”新分子設計規則”。他們的研究成果發表在《自然》雜誌上，揭示了能夠阻止電子與原子振動耦合的關鍵設計原則，從而有效地關閉了分子的緊張舞蹈，並推動分子實現無與倫比的性能。
藝術家繪製的有機分子光發射特性受原子量子舞動調節的示意圖。圖片來源：劍橋大學卡文迪什實驗室Pratyush Ghosh 編輯
研究的第一作者、聖約翰學院博士生普拉蒂什-戈什（Pratyush Ghosh）說：”所有有機分子，如活細胞中或手機屏幕中的有機分子，都是由碳原子通過化學鍵相互連接而成的。型時，某些分子可以避免這些有害影響。
為了證明這些設計原理，科學家設計了一系列高效的近紅外線發射（680-800 奈米）分子。在這些分子中，振動造成的能量損失–實質上是電子隨原子的旋律起舞–比以前的有機分子低100 倍以上。
這種對設計發光分子的新規則的理解和開發，為未來開闢了一條極其有趣的軌跡，這些基本觀察可以應用於各行各業。
「這些分子如今也有廣泛的應用。現在的任務是將我們的發現轉化為更好的技術，從增強型顯示器到用於生物醫學成像和疾病檢測的改良分子，」領導這項研究的卡文迪什實驗室的Akshay Rao 教授總結。
編譯來源：ScitechDaily