热诱导的原子和分子在表面上的扩散通常是一个随机过程，其由原子表面晶格上不相关的跃点组成。分子在表面上的热运动主要通过跳跃到表面相邻的晶格位置而发生，但理论上预测到了更大的位移。

在没有热运动的情况下，可以使用扫描隧道显微镜（STM）尖端诱导分子位移。通常从一个晶格位置跳到另一个晶格位置，实现对单个分子可控地在表面上移动。对于更长距离的控制则超出了上述范围，研究发现可以利用STM在Ag（111）表面对六苯基分子可控操纵。

由于原子级的运动遵循随机过程，这极大地限制人们对分子特别是单个分子运动的高空间精度位置、长距离迁移的控制。

1、作者揭示了如何通过使用扫描隧道显微镜（STM）在表面上沿着原子级精确轨道、150 nm长距离、可控地移动单个分子。

2、将单个分子带入稳定的高迁移方向，能够沿着精确定义的轨道移动。

3、STM针尖效应的静电性质使得可以选择性地施加排斥力和吸引力来发送或接收单个分子。

4、这种高空间精度控制技术能够在两个单独的探针之间精确移动单个和特定的分子实体，为速度测量提供途径，从而在扩散和碰撞过程中对单个分子的能量耗散进行实时研究。

5、使用更快的电子控制可能会提高STM的时间分辨率，从而可以测量不同表面上各种分子的绝对速度，并使分子运动与化学和结构特性二者直接关联起来。

图1. 在Ag（111）表面移动的DBTF分子

要点：

1、通过STM在超高真空和低温（7 K以下）下研究了Ag（111）上的二溴三芴（DBTF）分子。

2、利用三个双甲基二甲基侧基可提升芳族芴单元并降低其扩散势垒，分子在表面上的取向会影响其扩散特性，特别是在波纹表面上。

3、当分子精确地沿原子紧密堆积的[110]方向取向时，其迁移率急剧增加，并在同一区域的后续图像中显示为平滑条纹。

图2.单分子的长距离位移成像

要点：

1、研究发现移动的分子可以被STM的针尖吸引，为了测试这种吸引力，作者将可移动分子放置在干净的表面区域，通过将针尖横向放置得非常远，来（远程）将其拉到表面上。

2、通过跟踪隧穿电流实时记录分子移动到目标位置，当偏置电压从-1 V变为+0.6 V时，它会呈现出突然的跃迁，实现了对单个分子进行实时跟踪。

3、对单个DBTF分子进行操纵，其在银（111）表面上移动了150nm，并实现了以0.1埃的极高空间精度的长距离移动。

4、作者将这个出乎意料的大距离迁移归因于分子沿着表面的高对称性方向的极高迁移率。

图3.吸引与排斥实验分析

要点：

1、研究发现除了这些将单个分子拉向尖端的吸引力之外，还会发生排斥力相互作用，这取决于偏置电压的极性。

2、由于可移动分子被STM尖端吸引或排斥，条纹图像是否存在取决于条纹电压，此效应是由静电产生的。

图4. 单分子的发送-接收实验

要点：

1、利用多探针STM使DBTF分子在两个尖端之间的转移，研究了单个分子是否可以实现发送-接收实验。

2、通过分析隧道电流随时间的变化发现，分子的发送或接收分别导致两个电流信号的减少或增加。

3、该实验证实了可以在精确定义的位置之间转移特定的单个分子实体和相应的加密信息。

4、除了精确空间位置的确定、对动量和动能的进一步确定，将为测量和研究单分子在扩散过程中或与其他被吸附物碰撞后的能量耗散铺平道路。

原文链接：

https://science.sciencemag.org/content/370/6519/957