我国科学家首次实现了亚分子分辨率单分子光致发光成像

我们的科学家首次实现了亚分子分辨率的单分子光致发光成像

记者从中国科学技术大学获悉，侯建国院士团队董振超研究团队在国际上首次实现了亚分子分辨率单分子光致发光成像，为在原子尺度上揭示物质结构、揭示光与物质相互作用本质提供了新的技术手段。这一成果于8月10日发表在国际知名学术期刊《自然光子学》上。

利用光实现原子尺度的空间分辨率一直是纳米光学领域追求的终极目标之一。扫描近场光学显微镜(SNOM)的出现点燃了实现这一目标的希望。然而，荧光发射不同于拉曼散射过程。当金属结构离分子非常近时，由于非辐射过程被放大和支配，荧光信号会被猝灭，极大地限制了近场荧光显微镜的分辨率发展，也是SNOM荧光成像的空间分辨率至今很少达到10纳米左右的根本原因。

针对上述挑战，团队对等离子体纳米腔结构做了进一步的精细调整，尤其是探针针尖原子结构的制作和控制。他们通过精细的针尖修饰方法在探针针尖构建了原子尺度的团簇突起结构，并调整了纳米腔等离子体激元的共振模式，以有效匹配入射激光的能量和分子发光。然后，利用三原子层的超薄介质层隔离分子与金属衬底之间的电荷转移，成功实现了亚纳米分辨率的单分子光致发光成像。

他们惊喜地发现，当探针靠近分子时，即使距离小于1纳米，光致发光强度也随着距离的减小而单调增加，通常的荧光猝灭现象完全消失。这充分保证了这项技术发明的普适性，为其在物理、化学、材料、生物等领域的广泛应用提供了坚实的基础。

这些研究成果实现了扫描近场光学显微镜领域期待已久的用光分析分子内部结构的目标，为在亚纳米尺度上探测和调控分子的局域环境以及光与物质的相互作用提供了新的技术手段，对近场光谱和显微技术的基础认知和技术发展具有十分重要的意义。

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