德国电子同步加速器中心(DESY)与基尔大学、汉堡大学等机构的科研团队发现，利用超快光脉冲可使附着在量子材料表面的分子发生集体旋转。这项研究成果于2月26日发表在《自然通讯》杂志上，可能对下一代电子器件、数据存储和能量转换领域的量子材料和能源材料产生应用价值。

研究团队采用DESY的自由电子激光器FLASH和高次谐波产生源，向样品发射超短的极紫外线和软X射线闪光，通过一种名为“多路复用电子电影”的方法实时追踪分子运动过程。研究人员同时观察了电荷转移、原子位置以及分子在飞秒时间尺度上的转向。DESY科学家马库斯·舒尔茨(Markus Scholz)解释：“这种综合观察使我们能够将电子激发与分子运动直接联系起来。”

当有机分子被置于原子级薄的二维量子材料上形成混合系统时，光激发会使分子将部分电荷转移给量子材料，进而驱动分子运动。研究团队发现，用光束照射表面-分子结构会引发量子材料向分子的快速电荷转移，在极短时间内改变界面处的静电势，使得大部分分子层在几百飞秒内同步旋转。DESY首席科学家、基尔大学教授凯·罗斯纳格尔(Kai Rossnagel)表示：“通过结合几种超快光电子发射技术，我们可以将电子动力学与分子和原子运动直接关联起来。”舒尔茨补充指出，集体旋转会暂时形成同手性分子排列，即使单个分子本质上是非手性的。

这项成果与分子开关、手性材料和能量驱动功能表面等领域密切相关。分子开关可通过外部刺激在稳定状态之间可逆切换，有望成为单分子级电子元件的解决方案。手性材料在药物生产中发挥关键作用，对其手性的精确控制可使许多工艺更加精准高效。未来研究需证明如何选择性地控制、稳定这种光致分子运动，才能将基本见解转化为功能材料和器件。

出版详情：作者：Kiana Baumgärtner等人，标题：《二维材料界面上分子的飞秒协同旋转》，发表于：《自然通讯》(2026)。期刊信息：《自然通讯》