《單原子尺度研究有機分子功能材料中的電荷轉移》是依託復旦大學，由吳施偉擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：單原子尺度研究有機分子功能材料中的電荷轉移
- 依託單位：復旦大學
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：吳施偉
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
在當今能源短缺和環境危機的大背景下，研製和開發新的基於有機分子功能材料的光電子器件對國民經濟的可持續發展具有重要的科學意義和實用價值。而圍繞這些新型的光電子器件的一個核心問題是在電場或光照條件下有機分子之間或與電極之間的電荷轉移過程。本項目擬在單原子尺度上實驗研究這些電荷轉移過程並探討其機理，特別是光誘導的電荷轉移。我們採用的主要研究工具是在超高真空條件下的低溫和變溫掃描隧道顯微鏡以及它和光學技術的結合。我們將不僅利用掃描隧道顯微鏡的高空間和能量分辨對有機分子結構和排列進行原子成像和能譜分析，而且創新性地通過和光學技術的結合在單原子尺度研究光誘導的電荷轉移以及由電荷轉移引起的新奇物理現象。項目的研究將不僅有助於理解基於有機分子功能材料結構中的電荷轉移過程，為研製和開發新一代的光電子器件進行探索；而且也可促進物理、化學、材料、微納光電子學等學科的交叉融合，有著重要的學術意義。
結題摘要
本項目圍繞開發和利用與光學技術相結合的掃描隧道顯微鏡技術這一嶄新的實驗研究手段以期在單原子尺度研究研究有機分子功能材料超薄薄膜的物性。在三年的項目執行期間，研究團隊自主設計和研發了一套和超快飛秒雷射、單光子敏感CCD光譜儀相結合的無液氦致冷變溫、低溫超高真空掃描隧道顯微鏡。這套大型系統不僅可以完成高端商業低溫掃描隧道顯微鏡的原子級空間分辨成像能力和局域掃描隧道譜分析，而且還可以在不需要消耗任何液氦的條件下在單個分子上獲得非彈性二階掃描隧道譜。無液氦非彈性二階掃描隧道譜的功能開發系世界首次，並已申請國家發明專利。鑒於最新國際科學研究的動向，項目團隊利用這套大型儀器的獨特功能把最初對有機分子超薄薄膜的研究轉而調整為對具有單原子層厚度的超薄二維量子功能材料的研究，包括寡層二硫化鉬和石墨烯。其中，項目團隊發現單層二硫化鉬材料可以像紙一樣摺疊，發展出自然結晶或外延生長所無法獲得的雙層結構，進而可以操控二硫化鉬中結構對稱性和層間耦合作用，使得原本單層二硫化鉬中自旋和能谷贗自旋自由度的鎖定在雙層摺疊二硫化鉬中可實現自由度獨立。相關學術論文發表在2014年的Nature Nanotechnology上。回顧本項目的執行情況，本項目的意義主要有三點：1. 單從自行設計和研製的無液氦變溫超高真空掃描隧道顯微鏡來說，它解決了目前高端精密低溫掃描隧道顯微鏡在運行時長期依賴於稀缺昂貴的液氦消耗；2. 和超快飛秒雷射、單光子敏感CCD光譜儀在線上的無液氦變溫掃描隧道顯微鏡系統為研究超薄的單原子層二維量子材料提供了新技術和新方法；3. 項目團隊的研究生們作為項目執行的主體在項目負責人的指導下通過完成本項目的研究任務得到了多方面的學習和鍛鍊，培養了一支有國際競爭力的青年研究隊伍。
