单原子钌位点自由旋转振荡的分子力学探测与能量阈值量化

来自国际团队的研究人员通过原子力显微镜(AFM)单分子力谱(SMFS)技术，在室温溶液环境中首次实现了对五臂转子分子绕钌(Ru)中心原子自由旋转振荡的定量检测。该研究突破扫描隧道显微镜(STM)需超高真空和低温的限制，直接测定了机械负载下转子持续振荡的临界阈值功，为合成分子机器的环境适应性设计提供了关键参数。

　　

自然界分子马达的精密运作激发了化学家们设计合成分子机器的灵感。在这项突破性研究中，一个以钌(Ru)原子为核心、五条可摆动臂组成的"钢琴凳"结构分子转子成为主角。与传统扫描隧道显微镜(STM)需要在-268°C超低温环境不同，研究人员创新性地采用原子力显微镜(AFM)单分子力谱技术，首次在室温溶液条件下捕捉到转子绕单原子自由旋转的"芭蕾舞步"。

当对这个直径仅1纳米的微型转子施加机械拉力时，有趣的现象出现了：就像踩着弹簧高跷的舞者，五条分子臂在达到临界力值前仍能保持优雅的旋转振荡。通过精确测量阻断旋转所需的最小功，研究者不仅绘制出分子转子的"力量-位移"特征曲线，更发现配体臂的化学性质直接影响旋转能垒——这为优化分子机器性能提供了"设计图纸"。

这项研究标志着单分子力谱技术从传统线性位移检测迈入单原子旋转运动定量分析的新纪元。就像用纳米级扭力扳手测量分子轴承的摩擦系数，该方法为开发可在生物环境工作的智能分子马达奠定了检测基础，未来或将在药物递送、纳米机器人等领域掀起革命。