2026年3月11日——由德国电子同步加速器研究所（DESY）与基尔大学、汉堡大学科学家领导的德日印联合研究团队在《自然-通讯》期刊发表成果称，他们利用DESY自由电子激光器FLASH的超快光脉冲和高次谐波光源，成功实现了平面表面分子群在光激发下的协同旋转。这项突破性发现的意义远不止于“分子舞蹈”——它或将为电子器件、数据存储及能量转换领域的下一代量子材料与能源材料带来深远影响。

当分子附着于材料表面时，通常保持静止状态。研究负责人Markus Scholz指出：“在有机分子与原子级薄二维量子材料构成的混合系统中，通过光激发诱导电荷转移引发的分子运动控制，对分子电子学和能源驱动功能表面等应用极具价值。”该团队通过FLASH自由电子激光器的飞秒级时间分辨动量显微镜技术，首次实现了对电荷转移、原子位置变化及分子旋转行为的同步实时观测。“这种综合视角让我们能直接建立电子激发与分子运动间的关联，”Scholz解释道。

研究人员结合了四种不同的电子读取方法

研究人员采用独创的“多重电子电影”技术：利用极紫外与软X射线超短脉冲轰击样品，通过动量显微镜同时捕捉电子的四种信息——分子轨道追踪、基底电子能带测绘、原子位点化学位移测量及衍射原子定位。在数百飞秒时间尺度上，他们逐帧解析出电荷流动、能级偏移与分子物理旋转的完整动态过程。

探究光如何改变能量特性

研究发现，光脉冲触发量子材料向分子的快速电荷转移，导致界面静电势在飞秒级时间内发生改变。这种瞬态能量景观重构促使分子层中大量分子在300飞秒内实现同步定向旋转。“这种集体旋转甚至会暂时形成单一手性排列结构，”Scholz强调说，“尽管单个分子本身不具备手性且初始呈现镜像对称分布。”

该成果对分子开关、手性材料和功能表面三大纳米科学支柱领域具有深远意义。分子开关有望实现单分子级电子元件，而手性控制的突破将革新药物生产工艺。不过罗斯纳格尔教授指出：“要将这些基础发现转化为功能性器件，仍需解决光诱导分子运动的选择性控制与稳定化等关键问题。”