作者:董振超等 来源:《自然》 发布时间:2016/4/7 16:02:24
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科学家为分子间能量传递“拍照”

 

最近,中国科学技术大学单分子科学团队董振超研究小组利用局域电场增强的亚纳米空间分辨的电致发光技术,在国际上首次实现分子间相干偶极耦合的成像观察,即在单分子水平上为分子间的能量传递特征成功“拍照”。《自然》杂志于3月31日发表了此项成果,并在“新闻与观点”栏目中以《耦合分子的特写镜头》为题进行了特别报道。

分子间的能量传递是维系生命及其演化的重要方式,也是实现化学反应、构造分子功能材料的重要手段。从分子水平了解分子间能量转移的形式和特征,对了解自然界中光合作用的高效捕光机制具有非常重要的意义。换句话说,有望根据相关规律研制出高效率的人工光合系统。

人们通常认为,分子间的能量传递就像足球队员传球一样,由接受能量的分子传送给相邻的另一个分子,然后依次传递下去。但最新实验表明,一份能量的注入可能会引起相邻分子间有一定规律的联动,或者说相邻分子的偶极之间产生相干耦合。偶极是表征分子内电荷空间分布的一个物理参量,偶极耦合是指分子间电磁力的相互作用。在此之前,由于传统光学成像技术的空间分辨精度有限,科学界对分子偶极耦合相干性的形式和特性一直缺乏直接的认识。

中国科大单分子科学团队长期致力于发展将扫描隧道显微镜(STM)高分辨静态表征和光学技术高灵敏动态探测相结合的联用系统,特别是通过巧妙地调控局限在一个纳米腔室内的电场的频率和强度,极大地丰富了测量和调控手段,拓展了测量极限。

“局域电场的共振增强调控和STM操纵技术的巧妙结合,使我们得以直接观察分子间相干能量传递的奥秘。”董振超介绍说,他们操纵STM的针尖,构筑出两个锌酞青分子的二聚体结构,并通过采用电子激发发光方式,对该结构不同能量状态的偶极耦合模式分别进行了亚纳米空间分辨的电致发光成像。他们发现,局域电子的激发能量瞬间传递到整个分子二聚体,构成了一个量子纠缠体系。而且,该体系不同能量状态(即偶极耦合模式)的光子成像图案具有特定的特征。通过对这些空间特征的分析,可推导出分子二聚体中能量传递的相干特征。

此项研究为深入理解分子间能量传递提供了前所未有的空间信息,也为研制高效的捕光结构和量子纠缠光源提供了新的思路。《自然》杂志的审稿人认为:“这项工作开辟了研究分子间相互作用的新途径。”“对于许多研究领域——从分子间相互作用的基础研究到捕光体系和量子光学等实际应用,都具有广泛的影响和重要的意义。”(来源:中国科学报 范琼)

 
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2016/4/8 14:07:08 tmc4655
看不懂啊,,,感觉好深奥
 
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