單分子光量子態的動態檢測與調控

《單分子光量子態的動態檢測與調控》是依託中國科學技術大學，由董振超擔任項目負責人的重大研究計畫。

基本介紹

• 中文名：單分子光量子態的動態檢測與調控
• 項目類別：重大研究計畫
• 項目負責人：董振超
• 依託單位：中國科學技術大學

中文摘要

在單量子態的探測及相互作用重大研究計畫的支持下, 我們在單分子尺度量子態檢測與調控方面取得了一些階段性的研究成果。本項目擬在現有的超高真空低溫掃描隧道顯微鏡和穩態光學測量聯用系統的基礎上，搭建動態單分子光量子態特性測量系統，對單分子的光子輻射/散射的統計特性、激子的衰變動力學、單分子拉曼的非線性效應進行進一步表征，以期深入理解單分子尺度上的光電效應和能量轉移與轉化動力學過程，提高電泵單分子光源的品質和單分子拉曼成像的解析度。該動態檢測系統的研製將對納米光子學、表面光化學、生物成像、納米光電集成、量子光源等領域的探索發揮重要的作用。

結題摘要

本項目緊密圍繞研究目標，在單分子光量子態的動態檢測、表征與調控研究方面，取得了一系列創新性研究成果。主要包括：（1）在儀器研製方面，搭建了將高空間分辨的掃描隧道顯微鏡與HBT符合計數測量相結合的光子統計測量系統，可以用來測量隧道結出射光子強度的二階相關函式，並將動態測量的時間解析度提高到約80 皮秒；搭建了與低溫超高真空STM系統聯用的後焦面光子探測裝置，為表征單分子發光的角向分布特徵以及分子發光偶極取向提供了有力的實驗平台；發展了液氦條件下工作的TERS成像系統，並把TERS成像空間解析度從0.5nm提高到約0.3nm。（2）在科學進展方面，實現了分子間相干偶極耦合的實空間直接觀察，開闢了研究分子間相互作用和能量轉移的新途徑，同時也為光合作用中分子捕光結構的最佳化和分子糾纏體系及其光源的調控提供了新的思路；實現了單個酞菁分子的電致單光子發射及其單光子源陳列的清晰展示，不僅為在納米尺度上研究金屬附近分子的光物理現象提供了新的手段，也為研發麵向光電集成量子技術的電泵單分子單光子源提供了新的思路；實現了單分子法諾共振效應及其亞納米尺度上的精確調控，為在單分子尺度上檢測分子激發態的空間分布與能量信息，以及在納米尺度上調控場與物質之間的相互作用提供了新的途徑；實現了接觸距離在范德華相互作用範圍內的相鄰不同卟啉分子的化學識別，以及尺寸很小的DNA鹼基分子的非共振拉曼光譜識別，展示了TERS 技術在單分子尺度上識別複雜體系的強大能力，為TERS 技術在表面化學、分子器件、生物分子高分辨識別等方面的套用提供了的科學基礎。 到目前為止，課題組已在SCI期刊上發表研究論文17 篇，其中有重要影響的論文包括Nature 1 篇，Nature Nanotechnology 1 篇，Nature Communications 2 篇；培養基金委優秀青年基金獲得者1名，博士後1名，博士研究生4名，其中中科院優秀博士學位論文獲得者1名。