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物理学系季威副教授在《科学》杂志发表论文
2013-09-30 08:09:10
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来源:理工学科建设处
编辑:天武

9月26日,中国人民大学物理学系季威副教授与国家纳米科学中心裘晓辉研究员和程志海副研究员等在《科学》杂志以“Science Express”的形式在线发表论文“原子力显微镜实空间观测分子间相互作用”,该文将在几周后的正刊上正式发表。

该研究采用非接触原子力显微镜技术和第一性原理密度泛函理论计算,在国际上首次实现了分子间局域相互作用的直接成像。研究成果为研究分子间相互作用开创了新思路,并为理解“氢键的本质”这一悬而未决的重大问题提供了重要证据。该成果的实验工作在国家纳米科学中心完成,理论计算工作在中国人民大学完成。季威副教授(理论)与裘晓辉研究员(实验)、程志海副研究员(实验)为该论文的共同通讯作者。这是中国人民大学教师首次在《科学》杂志的“原创研究成果”栏目发表论文,也是人民大学教师作为通讯作者首次在《科学》杂志上发文。

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分子间三聚体的原子力显微镜像和理论计算结果

A为恒高模式的原子力显微镜探针频率偏移结果,B是理论计算预测的分子三聚体结构模型,C是该具体的电子局域函数分布结果。从图中可以明确观察到三聚体内的三个N-Cu配位键和三个C-H…O氢键。

非接触原子力显微镜是最先进的原子力显微镜表征技术。该技术可以通过显微镜探针顶部原子电子波函数与样品电子波函数之间的Pauli排斥相互作用得到高分辨的分子内部结构信息。例如,2009年IBM Zurich研究中心的科学家采用该技术首次观察到了分子内部的共价键。共价键波函数与探针顶端原子波函数有较为显著的Pauli排斥相互作用,因此之前的结果从原理上是相对容易理解的。然而,在季威副教授及合作者等的最新研究成果中,氢键、配位键、共价键在同一个分子聚集体中均被观察到。基于氢键的传统定义,在它附近不应存在电子波函数,因此,实验中直接对氢键成像似乎显得有些“不可思议”,这有悖于此前人们对原子力显微镜成像原理和氢键本质的认识。在经过大量的理论模拟后,最终确定了实验中分子(聚集体)的原子结构模型,确认了实验成像源于氢键和配位键的结论,并提出了实验观察到氢键和配位键的成像机制。

《科学》杂志是由美国国家科学促进会主办的期刊。该刊与英国自然出版集团的《自然》杂志被广泛认为是两本最权威的自然科学综合性期刊。《科学》杂志通过Science Express每周提供若干在两周内被《科学》杂志录用的最新研究报告,这些文章在4至6周后以在线和印刷形式同时发表在《科学》周刊上。《科学》杂志现有15%的内容通过Science Express预出版,这些论文通常是编辑推荐的重要文章。

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