單分子的電子相干效應及量子操控

《單分子的電子相干效應及量子操控》是依託山西大學，由肖連團擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：單分子的電子相干效應及量子操控
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：肖連團
• 依託單位：山西大學

項目摘要

低溫單分子是用於量子信息處理的有效量子資源,單分子電子相干效應是利用單分子振動能級構造相干疊加態與單量子位的有效手段，研究增強單分子電子相干效應並實現長時間（在皮秒以上）的量子操控意義重大。單分子電子相干效應受到單分子相干時間的限制，而且的長時間（在皮秒以上）量子操控還受到單分子與宿主介質之間電子轉移的影響，這種電子轉移過程是導致激發態單分子退相的重要因素。本項目利用低溫單分子terrylene具有3ns的長相干時間以及外場有效操控其電子轉移的特性，研究飛秒短脈衝雷射操控與增強基於單分子激發態振動波包產生的電子相干效應，通過改變施加電壓調節單分子與PMMA分子之間的電子轉移特性，抑制電子轉移導致的退相干過程，在亞納秒時間範圍內實現相干操控強耦合系統中的單分子。研究單分子電子轉移、量子跳躍和光譜跳躍與擴散等動力學特性，利用光子計數和高階關聯測量單分子電子相干的統計行為和演化行為。

結題摘要

單分子光學已經成為研究物理、化學和生命科學中微觀現象和物質組成的重要工具。低溫單分子是用於量子信息處理的有效量子資源。本項目利用低溫單分子具有較大的相干時間以及外場操控其電子轉移的特性，研究單分子激發態振動波包產生的電子相干效應。（1）利用泵浦脈衝製備基態和激發態振動能級疊加態，探測振動能級向激發態最低能態的動力學過程，利用飛秒脈衝泵浦-探測技術研究了單分子振動能級非相干弛豫過程。（2）採用量子相干調製技術增強單分子顯微成像，通過麥可遜干涉儀產生相位可調的脈衝對，調節兩個脈衝之間的相位操控單量子體系的量子相干態，最終有效地調製了單分子的螢光，利用單光子時間標定時間分辨技術，通過調製解調的頻域測量實現了單分子的量子相干成像。（3）利用外電場操控基片上的SR單分子電子轉移特性，消除電子轉移的退相干作用，同時有效減小光譜展寬的影響。實現了可逆的單分子零場“ON”態和強電場“OFF”態的螢光開關特性。（4）利用氧氣對單分子電子轉移動力學的操控。氧氣含量可有效改變單分子三重態與離子態的電子布居，套用於對單分子電子轉移動力學特性的操控。基於光子統計特性研究氧分子對SR分子螢光場波動特性的影響。（5）基於低溫單分子激發態能譜範圍調節雷射的光譜頻寬，實現光場與單分子的強相互作用。本項目利用外場操控單分子電子轉移，有效操控單分子的電子相干特性，為利用單分子電子相干與量子操控特性從事量子信息處理以及量子器件等套用研究領域提供理論依據和技術基礎。