Nano-Scale Manipulation of Single-Molecule Conformational Transition Through Vibrational Excitation

激发 纳米- 分子 纳米尺度 比例(比率) 过渡(遗传学) 化学物理 材料科学 纳米技术 化学 物理 量子力学 有机化学 生物化学 基因 复合材料
作者
Quan, Weike,Zihao Wang,Yueqing Shi,Kangkai Liang,Liya Bi,Hao Zhou,Zhiyuan Yin,Wan‐Lu Li,Shaowei Li
出处
期刊:Cornell University - arXiv [Cornell University]
标识
DOI:10.48550/arxiv.2409.03195
摘要

On-demand control of molecular actions is essential for realizing single-molecule functional devices. Such a control can be achieved by manipulating interactions between individual molecules and their nanoscale environment. In this study, we manipulate the conformational transition of a single pyrrolidine molecule on a Cu(100) surface by exciting its vibra-tions with tunneling electrons using scanning tunneling microscopy. Multiple transition pathways between two structural states are identified to be driven by distinct vibrational modes, whose corresponding nuclear motions are determined by density functional theory calculations. Tip-induced van der Waals forces and intermolecular interactions enable precise tuning of molecule-environment interactions, allowing modulation of vibrational energies, alteration of transition probabilities, and selection of the lowest energy transition pathway. This work reveals how external force fields in a tunable nanocavity can modulate molecular conformational transitions, offering an approach to deliberately engineer molecule-environment interactions for specific molecular functions.

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