分子尺度的量子设计与调控.pdf

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1、精品文档项目名称：分子尺度的量子设计与调控首席科学家：杨金龙中国科学技术大学起止年限：2011.1至2015.8依托部门：中国科学院1欢迎下载。精品文档二、预期目标1、总体目标利用高分辨检测和控制技术，对分子尺度体系的结构、电子态、自旋态和光子态进行表征、检测与调控，发挥多学科交叉、实验与理论紧密结合的优势，建立和发展新的量子测量和控制技术，以期实现分子尺度上在空间、能量、时间域的高分辨率、高灵敏表征的多功能动态检测和控制；揭示分子尺度体系中光电转换以及与表面相关的电荷转移与能量转换动力学过程、以及量子态的动力学演化过程；探索与了解基于分子能级和波

2、函数工程的量子器件的设计原理和工作原理，为构筑具有我国自主知识产权的未来信息技术的科学基础做出贡献。2、五年预期目标1)建立与发展高分辨率局域探针显微术与波谱、光谱等高灵敏谱学联用技术，探索量子调控表征与测量的新原理和新方法，创建从空间、能量、时间三方面对纳米体系的时空动态行为进行高分辨高灵敏的表征、检测与调控的实验研究平台。2)通过物理和化学方法对分子尺度体系进行结构设计与调整，构筑特定构型和性能的新分子体系、分子纳米光电体系、石墨烯及其复合体系，发展一些制备量子电子器件的关键技术，揭示一些新量子效应、协同效应、界面效应，实现高效的光电器件和应用

3、。3)理解磁性分子和耦合体系中的电子态、自旋态、电子-电子相互作用、自旋-轨道相互作用。实现分子量子体系中电子态与自旋态动态检测和调控，揭示与量子输运特性相关的单分子电子器件和自旋器件的运作原理。4)掌握分子隧道结中电子、激子、等离激元、声子、光子之间的耦合与转化现象与机制，特别是表面等离激元在纳米体系的能量转移中的作用、激子形成与衰变的机制以及辐射衰变动力学，实现在分子尺度下，对能量转移途径和速率方面的控制。5)发展和完善计算分子尺度上复杂体系的理论计算和程序，认识分子尺度上量2欢迎下载。精品文档子行为的本质、规律与原理，解释与预测分子尺度体系中

4、的量子力学新效应，为分子尺度上的量子测量、设计与调控提供理论基础和指导。通过项目的执行，期望进一步凝聚和培养一支高素质的从事分子尺度量子调控的科研队伍，发展和完善具有显著特色的分子尺度量子结构表征和调控的技术、方法和装备，形成国际知名的有特色的研究基地，进一步提升我国在这一前沿交叉领域的国际竞争能力，并使我国在分子尺度上的量子调控以及相关分子材料与器件的研究领域内保持国际先进水平，在部分领域取得领先地位。预计5年内发表高质量学术论文约200篇、取得2-3项具有国际领先水平的原始创新的研究成果，申请10-15项发明专利、组织1-2次高水平的国际学术会

5、议，依托本项目培养100余名研究生。3欢迎下载。精品文档三、研究方案总体研究方案学术思路本项目针对当今分子体系与器件研究中关于量子态调控、电荷输运、光电耦合与转换、器件原理等涉及量子力学效应的焦点问题，利用和发展先进的分子尺度上的高分辨高灵敏表征检测与操纵技术，发挥多学科交叉、实验与理论紧密结合的优势，从分子能级和波函数工程的层次上对分子尺度体系的分立能级结构和轨道空间分布进行调制，以实现结构、电子态、自旋态和光子态的量子调控，实现对量子现象本质的认识和对量子特性的人工“裁剪”。重点解决单分子在空间、能量、时间域的精确测量与控制；单分子光子学中量子

6、态演化动力学；基于分子能级和波函数工程的量子器件设计原理等关键科学问题。通过这些问题的研究与解决，设计和制备特定构型和性能的新体系，阐明分子尺度物质中电荷与自旋输运特性的量子本质，揭示分子尺度体系中与界面相关的电荷转移与能量转换动力学过程，建立分子尺度上量子调控的理论，探索和了解基于室温量子效应的分子电子器件与分子光电子器件的运作原理。技术途径建立与发展高分辨率局域探针显微术与波谱、光谱等高灵敏谱学联用技术，创建从空间、能量、时间三方面对纳米体系的时空动态行为进行高分辨高灵敏的表征、检测与调控的实验研究平台，实现分子尺度上与器件功能相关的能级、波函

7、数、自旋调控。将拉曼信号与表面增强荧光和寿命等信息结合起来，深入了解分子尺度上的激发态信息、光电行为及其能量转移动力学过程，探索扫描探针增强分子拉曼光谱技术应用于生物体系高分辨成像方面的可行性。在这一实验平台上，研究单分子体系中量子态的耦合和纳米等离基元学，自旋态的相关动力学过程、以及体系中与界面相关的电荷和能量转移过程。了解分子隧道结中电子、激子、等离激元、声子、光子之间的耦合与转化现象与机制，特别是表面等离激元在纳米体系的能量转移中的作用、激子形成与衰变的机制以及辐射衰变动力学，实现在纳米尺度下对能量转移途径和速率方面的控制；研究分子－电极接触

8、中的电子和自旋输运特性、引起分子间自旋相干性质以及引起自旋退相干的机制，探索分子尺度物质中电荷输运、光电转换的量子调控问题