日前，中國科學技術(shù)大學微尺度物質(zhì)科學國家實驗室的侯建國院士、楊金龍教授和朱清時院士等科研人員利用低溫超高真空掃描隧道顯微鏡，巧妙地對吸附于金屬表面的鈷酞菁分子進行“單分子手術(shù)”，成功實現(xiàn)了單分子自旋態(tài)的控制。這是世界上首次實現(xiàn)單個分子內(nèi)部的化學反應，并利用局域的化學反應來改變和控制分子的物理性質(zhì)，從而實現(xiàn)重要的物理效應，為單分子功能器件的制備提供了一個極為重要的新方法，揭示了單分子科學研究的新的廣闊前景。9月2日出版的美國《科學》雜志發(fā)表了他們的論文，并在同期的“透視”欄目中專文對該成果進行了介紹和評價。 　　長期以來，中外科學家一直期望可以像做手術(shù)一樣隨意對單個分子進行精確的修飾和“改造”，以實現(xiàn)特定的功能。上世紀90年代美國科學家W. Ho領導的實驗室在世界上首次利用掃描隧道顯微鏡實現(xiàn)了單個小分子的化學反應，揭示了“單分子手術(shù)”這一嶄新方法的巨大潛力。但數(shù)年來，利用單分子化學反應來實現(xiàn)特殊物理性質(zhì)卻一直是未能實現(xiàn)的前沿難題。 　　據(jù)介紹，具有高度的對稱性和穩(wěn)定性的鈷酞菁分子是一種僅1.3納米大小的共軛大環(huán)平面分子，它與人體內(nèi)的血紅素、植物體內(nèi)的葉綠素具有非常相似的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)，在光電器件、生物技術(shù)等方面具有廣泛和重要的應用與研究價值。從2002年起，中國科大的研究人員就意識到這類帶磁性離子的分子具有巨大研究價值和應用前景，他們通過兩年多的不懈努力，系統(tǒng)地研究了該分子吸附于金屬表面的各種物理、化學性質(zhì)，在此基礎上巧妙地對其進行“單分子手術(shù)”，成功“剪裁”其分子外圍的氫原子，并使其與金屬表面形成穩(wěn)定的化學鍵。研究人員發(fā)現(xiàn)，當鈷酞菁分子吸附到金屬表面后，其中心的二價鈷離子的局域磁矩完全消失。但通過在分子內(nèi)部實現(xiàn)的精確“手術(shù)”后，卻能夠使整個分子的空間結(jié)構(gòu)和電子結(jié)構(gòu)產(chǎn)生變化，由此可以改變和調(diào)控其中心鈷離子的自旋態(tài)，使其顯示出由局域磁性所引起的近藤效應。 　　該雜志審稿人認為：“該實驗數(shù)據(jù)極好，結(jié)果新穎，分析也同樣出色，這是新穎的單分子功能調(diào)控的一個極好的例子”，“文章的新穎之處在于提出局域自旋可以通過這種過程產(chǎn)生并呈現(xiàn)出近藤效應。作為一個完整的體系，這項實驗工作開辟了一個新的領域”。 　　中國科技大學單分子選鍵化學研究，起步于1994年朱清時院士來中國科大創(chuàng)建中科院選鍵化學重點實驗室。1996年朱清時院士立足學科發(fā)展的前沿，組織了以侯建國教授和楊金龍教授分別為實驗和理論學術(shù)帶頭人的多學科交叉的研究團隊，開始利用低溫掃描隧道顯微技術(shù)研究單分子選鍵化學。該團隊在國家自然科學基金委、中科院和科技部的持續(xù)項目支持下，先后取得了一系列原創(chuàng)性的有重大影響力的研究成果，在《自然》、《物理評論快報》、《美國化學會志》等國際權(quán)威學術(shù)期刊發(fā)表多篇論文。研究成果曾獲1999年中國基礎研究十大新聞、2001年中國基礎研究十大新聞、2001年中國十大科技進展、2003年安徽省自然科學一等獎等。