Enantioselective Effects in the Electrical Excitation of Amine Single-Molecule Rotors
Enantioselective Effects in the Electrical Excitation of Amine Single-Molecule Rotors
复制标题
胺单分子转子电激发的对映选择性效应
DOI：
10.1021/acs.jpcc.0c10767
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发表时间：
2021
期刊：
影响因子：
--
通讯作者：
Sykes, E. Charles
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Balema, Tedros A.;Liu, Yilang;Wasio, Natalie A.;Larson, Amanda M.;Patel, Dipna A.;Deshlahra, Prashant;Sykes, E. Charles
本文描述了单分子支撑在Cu（111）表面上的n -甲基丁胺分子转子的研究。首先证明了单个旋转分子的手性可以通过扫描隧道显微镜（STM）成像直接确定，并通过密度泛函理论（DFT）模拟来理解。然后利用STM尖端的隧穿电子来激发驱动旋转运动的分子的振动模式。实验作用谱表明，n -甲基丁胺在360 meV以上发生电致旋转运动，符合C-H拉伸振动模式。测量结果还表明，在这个360 meV阈值以上，激发发生在一个单电子过程中。DFT计算表明，旋转势垒小于一个数量级，这意味着转子被高能振动模式激发，然后耦合到低能量旋转模式。此外，通过调节电子通量，可以实时监测Cu（111）表面分子的六个不同稳定取向之间的单个旋转运动。研究发现，对于大多数用于电激发转子的STM尖端，一种对映体的旋转速度比另一种快。这证实了先前的一篇报道，即STM尖端本身可以是手性的，并说明了手性STM尖端与手性分子相互作用产生的非对映异构体可以导致反分子转子旋转速率的显着物理差异。这一结果对解释手性分子的纳米级电接触实验数据有影响，这些实验是在断结和扫描探针实验中进行的。
This paper describes a single-molecule study ofN-methylbutylamine molecular rotors supported on a Cu(111) surface. It is first demonstrated that the chirality of the individual rotating molecules can be directly determined by scanning tunneling microscopy (STM) imaging and understood with density functional theory (DFT) simulations. Tunneling electrons from the STM tip are then utilized to excite vibrational modes of the molecule that drives the rotational motion. Experimental action spectra were used to demonstrate that the electrically induced rotational motion ofN-methylbutylamine occurs above 360 meV, which coincides with C–H stretching vibrational modes. The measurements also reveal that, above this 360 meV threshold, the excitation occursviaa one-electron process. DFT calculations indicated that the rotation barrier is over an order of magnitude smaller, meaning that the rotor is excitedviahigh-energy vibrational modes that then couple to the low energy rotational mode. Furthermore, by adjusting the electron flux, individual rotational motions between the six different stable orientations of the molecule on the Cu(111) surface were monitored in real time. It was found that, for most STM tips used to electrically excite the rotors, the rotation of one enantiomer is faster than the other. This confirms an earlier report that STM tips can themselves be chiral and illustrates the fact that diastereomerism arising from a chiral STM tip interacting with a chiral molecule can lead to significant physical differences in the rotation rates ofRversusSmolecular rotors. This result has ramifications for interpreting the data from experiments where nanoscale electrical contacts to chiral molecules are made in devices like break junctions and scanning probe experiments.
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DOI：
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发表时间：
2004
期刊：
J.Chem.Phys. 120
影响因子：
--
作者：
Y.Sainoo;Y.Kim;Maki Kawai;et al.
通讯作者：
et al.
影响因子：
8.6
作者：
Greber, T;Sljivancanin, Z;Hammer, B
通讯作者：
Hammer, B
影响因子：
8.6
作者：
Y. Sainoo;Yousoo Kim;Toshiro Okawa;T. Komeda;H. Shigekawa;M. Kawai
通讯作者：
Y. Sainoo;Yousoo Kim;Toshiro Okawa;T. Komeda;H. Shigekawa;M. Kawai
DOI：
10.1073/pnas.0409341102
发表时间：
2005-02
影响因子：
11.1
作者：
R. Astumian
通讯作者：
R. Astumian
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DOI：
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发表时间：
2022
期刊：
影响因子：
--
作者：
倉知豊;林哉汰;丸山薫;石川裕也;山本孟;藤井裕
通讯作者：
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