《分子尺度上的光子態調控與單分子電致發光》是依託中國科學技術大學，由董振超擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：分子尺度上的光子態調控與單分子電致發光
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：董振超
- 依託單位：中國科學技術大學
中文摘要,結題摘要,
中文摘要
分子尺度上的光電相互作用是未來信息和能源技術的物理基礎。本項目將進一步發展原子分辨掃描隧道顯微鏡與單光子檢測技術的聯用系統，從空間、能量、時間三個方面對分子尺度體系的結構和波函式、特別是光子態進行高分辨高靈敏的表征、檢測與調控。項目將以含電子共軛體系的有機功能光電分子為研究對象，利用隧穿電子的高度局域化激發，從量子水平上來研究分子隧道結的發光現象，特別是隧道結中電子、激子、等離激元、聲子和光子等基本量子之間的耦合與轉化、量子態與周圍納米結構的相互作用，探索光學躍遷的本質和能量轉移過程的動力學機制，並進一步通過分子設計和脫耦合作用等光子態調控途徑，協調由局域等離激元所引起的金屬增強螢光與螢光淬滅效應之間的競爭、電子和空穴載流子的平衡注入、傳輸與輻射複合問題，探討電泵單分子發光的實現方法及其作為單光子源的潛力。研究結果將拓廣和提高人們對分子在納米環境中的光電行為的認識和調控能力。
結題摘要
圍繞分子尺度上的光子態調控與單分子電致發光課題，我們開展了一系列研究工作，在課題組的共同努力下，獲得一些有意義的研究成果： （1）設備研製方面。進一步發展和完善了低溫超高真空STM與單光子檢測聯用系統的表征和檢測功能。通過在STM和CCD檢測器之間設定同步觸發信號進行聯動，在獲得STM形貌圖的同時獲得了具有光譜分辨的“彩色”光子圖信息；通過構建無光纖耦合的自由空間光路，結合高靈敏APD單光子檢測器，建立了高靈敏高分辨“黑白”光子圖成像系統，並發現新奇的分子島邊緣螢光增強效應；自主研製了具有單分子化學識別能力的探針增強拉曼（TERS）光譜測量系統，並在高分辨化學成像方面取得突破性進展，首次實現了史無前例的亞分子分辨拉曼成像，將具有化學識別能力的空間解析度從前人的14 nm提高到1 nm以下，使得單分子尺度上的化學識別成為可能；搭建了新型低溫、超高很空、多通道光子檢測與STM聯用的集成系統。（2）分子光子態調控與單分子電致發光研究方面。通過物理與化學手段設計和製作脫耦合結構，調控發光分子的光子態，克服了激發態分子在金屬表面附近的螢光淬滅問題，實現了隧道結中分子、尤其是單個分子的電致發光。通過實驗與理論相結合，闡釋了隧道結中隧穿電子、有機激子、等離激元、聲子、光子之間的耦合以及能量轉移動力學過程。（3）STM誘導分子螢光的理論研究。採用速率方程方法和主方程方法研究了針尖-分子-金屬襯底體系下的分子螢光光譜；利用時域有限差分法探討了二維等離激元光子晶體（PPC）中局域表面等離激元與表面等離極化激元的競爭及其對偶極發射的調控可能性，為改善STM誘導的分子發光品質以及實現PPC輔助的等離激元激射提供了新思路。項目迄今已發表SCI研究論文10篇，其中影響因子大於3的論文6篇。項目執行期間，課題組成員參加國內外學術會議30餘次，其中邀請報告23餘次，包括APS、IVC、ICNT、NFO等國際大型學術會議。指導培養研究生9人，本科畢業生10餘人。以上成績說明課題按計畫進行，並實現預期目標。
