通过基于激光的光谱学技术发现的新分子设计规则使电子从原子振动中解耦，从而显着提高了OLED和生物医学成像等应用的性能。
自从100多年前发现量子力学以来，人们已经知道分子中的电子可以与组成分子的原子的运动相耦合。通常被称为分子振动，原子的运动就像微小的弹簧，经历周期性的运动。
对于这些系统中的电子来说，与这些振动结合在一起意味着它们也在不断地运动，随着原子的曲调，在十亿分之一秒的时间尺度上跳舞。但所有这些跳舞都会导致能量损失，并限制有机分子在发光二极管（OLED）、红外传感器和荧光生物标志物等应用中的性能，这些应用可用于细胞研究和标记癌症细胞等疾病。
分子设计的突破
现在，研究人员利用基于激光的光谱技术发现了能够阻止这种分子舞蹈的“新的分子设计规则”。他们的研究结果发表在《自然》杂志上，揭示了关键的设计原理，可以阻止电子与原子振动的耦合，实际上是关闭它们的狂热舞蹈，推动分子达到无与伦比的性能。
该研究的第一作者、圣约翰学院的成员、卡文迪什大学的博士生普拉图什·高什说：“所有的有机分子，比如在活细胞或手机屏幕中发现的那些有机分子，都是由通过化学键相互连接的碳原子组成的。”
“这些化学键就像微小的振动弹簧，通常由电子感受到，从而削弱了分子和设备的性能。然而，我们现在发现，当我们将分子的几何和电子结构限制在某些特殊构型时，某些分子可以避免这些有害影响。”
为了证明这些设计原理，科学家们设计了一系列高效的近红外发射（680-800纳米）分子。在这些分子中，由振动造成的能量损失 —— 本质上是电子随着原子的调子跳舞 —— 比以前的有机分子低100多倍。
这种对设计发光分子的新规则的理解和发展，为未来开辟了一条非常有趣的轨迹，这些基本观察结果可以应用于工业。
潜在的应用和未来的方向
领导这项研究的卡文迪什实验室的阿克沙伊·拉奥（Akshay Rao）教授总结道：“这些分子在今天也有广泛的应用。现在的任务是将我们的发现转化为更好的技术，从增强的显示到用于生物医学成像和疾病检测的改进分子。”
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