Local heating and Raman thermometry in a single molecule

拉曼光谱 非平衡态热力学 分子 化学物理 热的 材料科学 纳米尺度 分子物理学 光谱学 表征(材料科学) 热分解 热平衡 电流(流体) 纳米技术 化学 热力学 物理 光学 有机化学 量子力学
作者
Qiushi Meng,J. B. Zhang,Yao Zhang,Weizhe Chu,Wenjie Mao,Yang Zhang,Jinlong Yang,Yi Luo,Zhen‐Chao Dong,Jian Hou
出处
期刊:Science Advances [American Association for the Advancement of Science]
卷期号:10 (3) 被引量:19
标识
DOI:10.1126/sciadv.adl1015
摘要

Because of the nonequilibrium nature of thermal effects at the nanoscale, the characterization of local thermal effects within a single molecule is highly challenging. Here, we demonstrate a way to characterize the local thermal properties of a single fullerene (C 60 ) molecule during current-induced heating processes through tip-enhanced anti-Stokes Raman spectroscopy. Although the measured vibron populations are far from equilibrium with the environment, we can still define an “effective temperature ( T eff )” statistically via a Bose-Einstein distribution, suggesting a local equilibrium within the molecule. With increased current heating, T eff is found to rise up to about 1150 K until the C 60 cage is decomposed. Such a decomposition temperature is similar to that reported for ensemble C 60 samples, thus justifying the validity of our methodology. Moreover, the possible reaction pathway and product can be identified because of the chemical sensitivity of Raman spectroscopy. Our findings provide a practical method for noninvasively detecting the local heating effect inside a single molecule under nonequilibrium conditions.
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