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[材料资讯] 侯建国课题组在分子链体系的单光子超辐射研究中取得进展

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发表于 2019-6-20 16:26:04 | 显示全部楼层 |阅读模式
最近,中国科学院副院长、中国科学院院士、中国科学技术大学教授侯建国领衔的单分子科学团队的董振超、张杨研究小组,利用扫描隧道显微镜(STM)诱导单分子电致发光技术,首次清晰地展示了等离激元纳腔中人工构筑酞青染料分子链结构的单光子超辐射现象,并且研究了纳腔等离激元对于分子链超辐射行为的影响。国际物理学术期刊《物理评论快报》于6月12日在线发表了这项成果。

单光子超辐射

单光子超辐射
  在分子系统中,多个发光体可以通过相干偶极相互作用形成离域的集体态,它们在分子间能量转移、光合作用以及量子体系设计等方面具有重要的作用。单光子超辐射态是其中一种特别有趣的具有量子相干特性的离域集体态,其特征是所有发光单体的同相耦合,其量子本质是所有可能直积态(某个发光单体处于激发态而所有其它发光体处于基态)的量子叠加。但是,由于分子间的相干偶极相互作用会受到分子数目、分子间距、偶极取向等诸多因素的影响,因此,精确调控分子体系并定量研究相关的单光子超辐射态非常困难。
  中国科大单分子科学团队长期致力于发展将STM高分辨空间表征和光学技术高灵敏谱学探测相结合的联用系统,特别是通过巧妙调控隧道结纳腔等离激元的宽频、局域与增强特性,极大地丰富了测量和调控手段,拓展了测量极限,为在单分子尺度上观察和调控分子的光电行为提供了新的机会。在这个工作中,他们将STM的单分子操纵能力、绝缘氯化钠薄层的脱耦合作用、以及纳腔等离激元的局域增强效应结合起来,构筑了包含2到12个酞青染料分子的有序分子链结构,并且研究了通过局域隧穿电子激发的这些分子链体系的发光特性及其随链长的演化。利用亚纳米空间分辨的电致荧光成像技术,他们发现发光强度最大并且能量最低的发光峰模式对应于所有的分子偶极以共线同相的方式耦合在一起,即该发光模式对应于超辐射模式。进一步的分子链光子发射统计特性的测量表明分子链的发光具有单光子发射特性,即整个分子链处于单激子态,必须被当作是单一的量子体系来看待。这表明,当分子链体系中的一个分子被局域电子激发后,激发能会迅速地离域到整个分子链,形成单激子超辐射态,进而产生单光子超辐射现象。此外,他们还发现纳腔等离激元会影响单光子超辐射峰的展宽和强度及其随链长的演化行为,但是并不会影响通过分子间偶极耦合建立的超辐射态的内在相干特性。这些结果不仅提供了对分子体系集体模式以及它们与局域纳腔等离激元相互作用的新理解,而且也为研究分子间相互作用以及多体相互作用提供了新途径。
  骆阳和陈功为这篇文章的共同第一作者。该系列研究工作得到科技部、基金委、中科院、教育部、安徽省等的支持。
侯建国(Hou Jianguo),男,汉族,化学家,中国科学院院士,第三世界科学院院士,中国科学技术大学校长,第十一届全国人大常委。 1959年生于福建,1978—1989年在中国科学技术大学学习,获凝聚态物理专业博士学位。1988年至1995年,先后在前苏联科学院结晶学研究所电镜实验室、中国科学院福建物质结构研究所、美国加州大学Berkeley分校、美国Oregon州立大学化学系从事科学研究工作。1995年起任中国科学技术大学教授,先后任中国科学院结构分析重点实验室主任、中国科学技术大学理化科学中心主任。2000年任中国科学技术大学副校长。2001年9月起任中国科学技术大学校友总会会长。2003年当选为中国科学院院士。2004年8月起兼任合肥微尺度物质科学国家实验室(筹)常务副主任。2004年11月当选为第三世界科学院院士。2005年9月任中国科学技术大学常务副校长。2008年9月起,任中国科学技术大学校长。
    长期从事物理化学领域的研究工作,特别是在利用高分辨率扫描隧道显微镜研究单分子特征和操纵方面取得了一系列成果,为单分子物理化学领域的研究做出了理论和实验上的重要贡献。在Nature、Science、J. of Amer. Chem. Soc. 、Phys. Rev. lett. 等期刊杂志上发表学术论文200多篇,是该领域有国际影响的学者。
曾获国家杰出青年科学基金奖、中国科学院和安徽省自然科学一等奖、国家自然科学二等奖、香港求是基金会“杰出青年学者奖”、中国分析测试协会CAIA奖特等奖、海外华人物理学会“亚洲成就奖”、何梁何利科技进步奖、陈嘉庚化学科学奖、安徽省重大科技成就奖等多项奖励;并荣获中科院有突出贡献的中青年专家、中科院优秀研究生导师和全国优秀留学回国人员等荣誉称号。2010年,获授英国伯明翰大学名誉科学博士学位(Doctor of Science honoris causa)。
    社会兼职:国际真空联盟执委,国际纯粹与应用化学联盟名誉委员,第八届中国科协委员,中国真空学会理事长,中国物理学会常务理事,中国材料研究学会理事,中国表面物理学会副主任委员;《纳米科学与技术》(American Scientific Pub.)、《国际纳米技术》(Inderscience Pub.)、《国际纳米科学》(World Scientific Pub.)以及《中国科学》、《中国化学物理》等杂志的编委和责任编辑;挪威Kavli奖纳米委员会成员,英国工程与自然科学研究委员会评委,中国实验室国家认可委员会成员,国家纳米科学中心学术委员会委员及纳米技术专门委员会副主任委员,教育部科学技术委员会委员以及一系列国际会议的程序委员会委员。


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