来自微观世界的新概念:单分子科学与技术

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《院士科普书系》编委会 3

序 4

人民交给的课题 7

前言 11

目录 13

1 构成物质的基本单位———原子 16

1 .1 古代原子论 17

1 .2 近代原子论 18

1 .3 现代的原子理论 19

1 .4 原子和分子 21

1 .5 分子的结构和性质 22

2 大量原子和分子的特征与研究方法 26

2 .1 气体分子运动论 26

2 .2 麦克斯韦分布 28

2 .3 热力学第二定律 31

2 .4 分子小妖和分子棘轮 32

2 .5 原子和分子存在的证据 34

3 单分子科学的引入 38

3 .1 原子和分子研究中的共性和个性 39

3 .2 单分子科学的研究内容 41

3.3 单分子科学的研究意义 44

4 单分子科学的研究方法及设备 45

4 .1 扫描隧道显微镜 46

4 .2 原子力显微镜 49

4 .3 光学镊子 53

4 .4 近场光学显微镜 55

4 .5 其它各种光学显微镜 57

4 .6 分子有序膜的自组装 58

5 表面单分子的化学和物理过程 60

5 .1 神奇的微观表面 61

5 .2 表面缺陷的修复 64

5 .3 环状分子的吸附 65

5 .4 链端效应 66

5 .5 奇怪的比赛 68

5 .6 卤素分子掉头 69

5 .7 物理吸附向化学吸附的转化 70

5 .8 吸附态单分子的化学反应 72

5 .9 化学反应的聚焦 75

5 .10 单分子试管 76

5 .11 加速混合 79

6 单分子的电子学性质 80

6 .1 量子效应 81

6 .2 单电子隧穿现象 82

6 .3 单个纳米粒子上的单电子隧穿 83

6 .4 单个小分子的电子学特征 84

6 .5 量子导线 88

6 .6 单电子器件的雏形 97

7 单个生物大分子的物理化学 104

7 .1 单个酶分子的活性 106

7 .2 单根DNA 分子的物理化学性质 111

7 .3 单根DNA 分子的溶液动力学 120

7 .4 DNA 物理图谱的测定 128

7 .5 肌肉运动的本质 129

8 单分子谱和单分子检测 136

8 .1 单分子谱和单分子检测 137

8 .2 单个分子的力学谱 138

8 .3 单个生物分子的力学谱 148

8 .4 单分子振动光谱 155

8 .5 单分子的近场光谱和检测 159

8 .6 基于扫描探针技术的单分子检测 164

8 .7 经典的单分子检测方法 168

9 单原子和单分子的操纵 176

9 .1 用STM 操纵单原子和分子 177

9 .2 更灵巧和更快捷的操纵 186

9 .3 激光镊子的应用 188

9 .4 单根DNA 分子的操纵和剪切 190

9 .5 碳纳米管 192

9 .6 单分子机械学 199

参考文献 206