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中国学者全球首次实现0.5纳米分辨率

【更新日期】2018/11/20 9:31:07 【文章来源】 【责任编辑】 【阅读量】


  记者6日从中科大获悉,该校微尺度物质科学国家实验室侯建国院士领衔的单分子科学团队在全球首次实现亚纳米分辨的单分子光学拉曼成像,将具有化学识别能力的空间成像分辨率提高到前所未有的0.5纳米,约为人的头发丝直径的十二万分之一。而该项成果6日凌晨在线发表在国际权威学术期刊《自然》杂志上。

  物质世界里的分子非常小,一般在1个纳米左右,相当于人的头发丝直径的六万分之一。如何在纳米甚至亚纳米尺度上实现分子成像并能识别分子的化学信息,是国际科学界持续关注的热点。

  光的频率在散射后会发生变化,而频率的变化情况取决于散射物质的特性,这是物理学上获得诺贝尔奖的著名的拉曼散射。论文作者之一的董振超教授介绍,拉曼散射光中包含了丰富的分子振动结构的信息,如通过人的指纹可以识别人的身份一样,拉曼光谱的谱形也就成为科技工作者识别不同分子的指纹光谱。

  上世纪70年代以来,随着表面增强拉曼散射技术,特别是针尖增强拉曼散射(TERS)技术的发展,光谱探测的灵敏度以及拉曼成像的分辨率都有了极大提高。迄今,科学家们已将TERS测量的最佳空间成像分辨率发展到几个纳米的水平,但这显然还不适合于对单个分子进行化学识别成像。董振超说。

  中国科大的研究者们通过自主研制科研装备,通过与入射光激发和分子拉曼光子发射发生双重共振的频谱匹配调控,实现了亚纳米分辨的单个卟啉分子的拉曼光谱成像,使化学识别的分辨率达到0.5纳米。

  董振超认为,该项研究对了解微观世界,具有极其重要的科学意义和实用价值,也为研究单分子非线性光学和光化学过程开辟了新的途径。

  世界著名纳米光子学专家Atkin教授和Raschke教授认为,此项研究是该领域创建以来的最大进展该领域迄今质量最高的顶级工作一项设计精妙的实验观测与理论模拟相结合的意义重大的工作。