分子尺度的量子設(shè)計(jì)與調(diào)控

1、精品文檔項(xiàng)目名稱：分子尺度的量子設(shè)計(jì)與調(diào)控首席科學(xué)家：楊金龍中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)起止年限：2011.1 至 2015.8依托部門：中國科學(xué)院。1歡迎下載精品文檔二、預(yù)期目標(biāo)1、總體目標(biāo)利用高分辨檢測和控制技術(shù)， 對(duì)分子尺度體系的結(jié)構(gòu)、 電子態(tài)、自旋態(tài)和光子態(tài)進(jìn)行表征、檢測與調(diào)控，發(fā)揮多學(xué)科交叉、實(shí)驗(yàn)與理論緊密結(jié)合的優(yōu)勢(shì)，建立和發(fā)展新的量子測量和控制技術(shù)， 以期實(shí)現(xiàn)分子尺度上在空間、 能量、時(shí)間域的高分辨率、高靈敏表征的多功能動(dòng)態(tài)檢測和控制； 揭示分子尺度體系中光電轉(zhuǎn)換以及與表面相關(guān)的電荷轉(zhuǎn)移與能量轉(zhuǎn)換動(dòng)力學(xué)過程、 以及量子態(tài)的動(dòng)力學(xué)演化過程；探索與了解基于分子能級(jí)和波函數(shù)工程的量子器件的設(shè)計(jì)原理和

2、工作原理，為構(gòu)筑具有我國自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的未來信息技術(shù)的科學(xué)基礎(chǔ)做出貢獻(xiàn)。2、五年預(yù)期目標(biāo)1) 建立與發(fā)展高分辨率局域探針顯微術(shù)與波譜、光譜等高靈敏譜學(xué)聯(lián)用技術(shù)，探索量子調(diào)控表征與測量的新原理和新方法，創(chuàng)建從空間、能量、時(shí)間三方面對(duì)納米體系的時(shí)空動(dòng)態(tài)行為進(jìn)行高分辨高靈敏的表征、 檢測與調(diào)控的實(shí)驗(yàn)研究平臺(tái)。2) 通過物理和化學(xué)方法對(duì)分子尺度體系進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與調(diào)整， 構(gòu)筑特定構(gòu)型和性能的新分子體系、分子納米光電體系、石墨烯及其復(fù)合體系，發(fā)展一些制備量子電子器件的關(guān)鍵技術(shù)，揭示一些新量子效應(yīng)、協(xié)同效應(yīng)、界面效應(yīng)，實(shí)現(xiàn)高效的光電器件和應(yīng)用。3) 理解磁性分子和耦合體系中的電子態(tài)、自旋態(tài)、電子 - 電子相互

3、作用、自旋 - 軌道相互作用。實(shí)現(xiàn)分子量子體系中電子態(tài)與自旋態(tài)動(dòng)態(tài)檢測和調(diào)控，揭示與量子輸運(yùn)特性相關(guān)的單分子電子器件和自旋器件的運(yùn)作原理。4) 掌握分子隧道結(jié)中電子、激子、等離激元、聲子、光子之間的耦合與轉(zhuǎn)化現(xiàn)象與機(jī)制，特別是表面等離激元在納米體系的能量轉(zhuǎn)移中的作用、激子形成與衰變的機(jī)制以及輻射衰變動(dòng)力學(xué)，實(shí)現(xiàn)在分子尺度下，對(duì)能量轉(zhuǎn)移途徑和速率方面的控制。5) 發(fā)展和完善計(jì)算分子尺度上復(fù)雜體系的理論計(jì)算和程序， 認(rèn)識(shí)分子尺度上量。2歡迎下載精品文檔子行為的本質(zhì)、規(guī)律與原理，解釋與預(yù)測分子尺度體系中的量子力學(xué)新效應(yīng)，為分子尺度上的量子測量、設(shè)計(jì)與調(diào)控提供理論基礎(chǔ)和指導(dǎo)。通過項(xiàng)目的執(zhí)行，期望進(jìn)一步

4、凝聚和培養(yǎng)一支高素質(zhì)的從事分子尺度量子調(diào)控的科研隊(duì)伍，發(fā)展和完善具有顯著特色的分子尺度量子結(jié)構(gòu)表征和調(diào)控的技術(shù)、方法和裝備， 形成國際知名的有特色的研究基地，進(jìn)一步提升我國在這一前沿交叉領(lǐng)域的國際競爭能力， 并使我國在分子尺度上的量子調(diào)控以及相關(guān)分子材料與器件的研究領(lǐng)域內(nèi)保持國際先進(jìn)水平，在部分領(lǐng)域取得領(lǐng)先地位。預(yù)計(jì)5年內(nèi)發(fā)表高質(zhì)量學(xué)術(shù)論文約200 篇、取得 2-3 項(xiàng)具有國際領(lǐng)先水平的原始創(chuàng)新的研究成果，申請(qǐng) 10-15 項(xiàng)發(fā)明專利、 組織 1-2 次高水平的國際學(xué)術(shù)會(huì)議，依托本項(xiàng)目培養(yǎng) 100 余名研究生。3歡迎下載精品文檔三、研究方案總體研究方案學(xué)術(shù)思路本項(xiàng)目針對(duì)當(dāng)今分子體系與器件研究中

5、關(guān)于量子態(tài)調(diào)控、電荷輸運(yùn)、光電耦合與轉(zhuǎn)換、器件原理等涉及量子力學(xué)效應(yīng)的焦點(diǎn)問題，利用和發(fā)展先進(jìn)的分子尺度上的高分辨高靈敏表征檢測與操縱技術(shù)，發(fā)揮多學(xué)科交叉、實(shí)驗(yàn)與理論緊密結(jié)合的優(yōu)勢(shì)，從分子能級(jí)和波函數(shù)工程的層次上對(duì)分子尺度體系的分立能級(jí)結(jié)構(gòu)和軌道空間分布進(jìn)行調(diào)制，以實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)、電子態(tài)、自旋態(tài)和光子態(tài)的量子調(diào)控，實(shí)現(xiàn)對(duì)量子現(xiàn)象本質(zhì)的認(rèn)識(shí)和對(duì)量子特性的人工 “裁剪 ”。重點(diǎn)解決單分子在空間、能量、時(shí)間域的精確測量與控制；單分子光子學(xué)中量子態(tài)演化動(dòng)力學(xué)；基于分子能級(jí)和波函數(shù)工程的量子器件設(shè)計(jì)原理等關(guān)鍵科學(xué)問題。通過這些問題的研究與解決，設(shè)計(jì)和制備特定構(gòu)型和性能的新體系，闡明分子尺度物質(zhì)中電荷與自旋輸運(yùn)

6、特性的量子本質(zhì)，揭示分子尺度體系中與界面相關(guān)的電荷轉(zhuǎn)移與能量轉(zhuǎn)換動(dòng)力學(xué)過程，建立分子尺度上量子調(diào)控的理論，探索和了解基于室溫量子效應(yīng)的分子電子器件與分子光電子器件的運(yùn)作原理。技術(shù)途徑建立與發(fā)展高分辨率局域探針顯微術(shù)與波譜、光譜等高靈敏譜學(xué)聯(lián)用技術(shù)，創(chuàng)建從空間、能量、時(shí)間三方面對(duì)納米體系的時(shí)空動(dòng)態(tài)行為進(jìn)行高分辨高靈敏的表征、檢測與調(diào)控的實(shí)驗(yàn)研究平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)分子尺度上與器件功能相關(guān)的能級(jí)、波函數(shù)、自旋調(diào)控。將拉曼信號(hào)與表面增強(qiáng)熒光和壽命等信息結(jié)合起來，深入了解分子尺度上的激發(fā)態(tài)信息、光電行為及其能量轉(zhuǎn)移動(dòng)力學(xué)過程，探索掃描探針增強(qiáng)分子拉曼光譜技術(shù)應(yīng)用于生物體系高分辨成像方面的可行性。在這一實(shí)驗(yàn)平臺(tái)上

7、，研究單分子體系中量子態(tài)的耦合和納米等離基元學(xué)，自旋態(tài)的相關(guān)動(dòng)力學(xué)過程、以及體系中與界面相關(guān)的電荷和能量轉(zhuǎn)移過程。了解分子隧道結(jié)中電子、激子、等離激元、聲子、光子之間的耦合與轉(zhuǎn)化現(xiàn)象與機(jī)制，特別是表面等離激元在納米體系的能量轉(zhuǎn)移中的作用、激子形成與衰變的機(jī)制以及輻射衰變動(dòng)力學(xué)，實(shí)現(xiàn)在納米尺度下對(duì)能量轉(zhuǎn)移途徑和速率方面的控制；研究分子電極接觸中的電子和自旋輸運(yùn)特性、引起分子間自旋相干性質(zhì)以及引起自旋退相干的機(jī)制，探索分子尺度物質(zhì)中電荷輸運(yùn)、光電轉(zhuǎn)換的量子調(diào)控問題以及相關(guān)分子器件的運(yùn)作原理。圍繞單分子磁體、磁性復(fù)合體、與納米光電子體等低維量子受限體系，在原子和分子尺度上，利用物理與化學(xué)手段對(duì)體系結(jié)

8、構(gòu)的維度、有序度、尺寸、摻雜等參。4歡迎下載精品文檔數(shù)的調(diào)整，設(shè)計(jì)和構(gòu)筑具有特定構(gòu)型和性能的分子尺度功能結(jié)構(gòu)及其耦合體系。檢測和分析分子體系調(diào)制后的性能，指導(dǎo)分子尺度物質(zhì)的設(shè)計(jì)和制備，以便實(shí)現(xiàn)物理性能參數(shù)的優(yōu)化，推動(dòng)實(shí)用分子材料與器件的開發(fā)。由于分子尺度結(jié)構(gòu)和接觸環(huán)境的復(fù)雜性，影響因素眾多，需要通過理論計(jì)算來認(rèn)識(shí)分子尺度上的量子現(xiàn)象與過程的本質(zhì)。理論計(jì)算與分析將始終貫穿于每一個(gè)課題、每一項(xiàng)研究工作中。我們將緊密結(jié)合實(shí)驗(yàn)研究，考慮分子尺度體系與環(huán)境的相互作用，發(fā)展并使用適合處理分子尺度上復(fù)雜體系理論和從第一性原理出發(fā)的電子結(jié)構(gòu)與分子動(dòng)力學(xué)計(jì)算方法，配以各種半經(jīng)驗(yàn)計(jì)算方法，對(duì)分子量子體系的電子結(jié)構(gòu)

9、、光譜特性、輸運(yùn)性質(zhì)、形成過程和反應(yīng)機(jī)理等進(jìn)行理論與計(jì)算研究，澄清分子尺度結(jié)構(gòu)的特異物理性質(zhì)與量子效應(yīng)之間的關(guān)系，為新的分子功能材料與器件的發(fā)展和應(yīng)用提供理論依據(jù)。5歡迎下載精品文檔四、年度計(jì)劃第一年研究內(nèi)容1. 純化磁性分子如 NC60,設(shè)計(jì)制備復(fù)合的磁性功能分子結(jié)構(gòu)及其衍生物，如NC60，MC82),TbPc2 分子。選擇具有特定幾何對(duì)稱性結(jié)構(gòu)的分子自組裝體系利用 STM研究其自組裝復(fù)合結(jié)構(gòu)及其電子態(tài)性質(zhì)調(diào)控；2. 利用低溫 - 磁場 STM 測量磁性分子的電子結(jié)構(gòu)和自旋性質(zhì)，其中主要關(guān)注不同對(duì)稱結(jié)構(gòu)磁性分子、不同材料和不同對(duì)稱性的襯底金屬對(duì)自旋態(tài)的影響，3. 配合相關(guān)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，表征單分子

10、 ( 如 NC60, TbPc 2 和內(nèi)嵌富勒烯 ) 的結(jié)構(gòu)和物性，其表面吸附行為。模擬與計(jì)算 STM實(shí)驗(yàn)觀測到的單分子吸附行為和輸運(yùn)特性（如整流和負(fù)微分電阻效應(yīng)） 。4. 設(shè)計(jì)并搭建 STM 相結(jié)合的 ESR 系統(tǒng)；進(jìn)一步建立和發(fā)展融合低溫超高真空高分辨掃描隧道顯微鏡與高靈敏單光子檢測技術(shù)于一體的聯(lián)用系統(tǒng)，特別是完善無光纖耦合的優(yōu)化光路和采用高效光子檢測器（低噪音雪崩光二極管）來提高光子圖和光子相關(guān)性測量的探測效率，建立與聯(lián)用系統(tǒng)配套的共焦熒光光路耦合系統(tǒng)，初步開展探針增強(qiáng)拉曼光譜（ TERS）研究；進(jìn)一步拓展納米體系的壽命測量方法，研究如何利用電脈沖激發(fā)的方法得到壽命信息；5. 在光子態(tài)調(diào)

11、控方面，重點(diǎn)研究 STM誘導(dǎo)分子發(fā)光，研究分子在納米等離激元環(huán)境中的光電行為、 特別是在強(qiáng)場和近場激發(fā)下可能產(chǎn)生的新光電量子效應(yīng);6. 設(shè)計(jì)與制備金屬 - 金屬（Au-Pd、Ag-Au 等）、半導(dǎo)體 - 金屬（Au-CdSe、Au-CdS、ZnO-Pd、ZnO-Pt、Mn-ZnO等）、半導(dǎo)體 - 半導(dǎo)體（ ZnO-CdS、ZnO-CdSe、CdSe-ZnS等）異質(zhì)和石墨烯（Graphene）及其復(fù)合材料 (Graphene-CdSe、Graphene-ZnO、Graphene-metallic particle 等) 為代表的新型受限和異質(zhì)量子結(jié)構(gòu)，發(fā)展相應(yīng)的可控制備技術(shù)。7. 發(fā)展有效制備石

12、墨烯及其復(fù)合結(jié)構(gòu)的方法，研究摻雜和無序?qū)κ┑碾娮討B(tài)特征與量子輸運(yùn)行為的影響， 研究復(fù)合體系中協(xié)同效應(yīng)對(duì)光電響應(yīng)的作用 , 以及石墨烯氧化物及其衍生物的電子結(jié)構(gòu)和輸運(yùn)特性。8. 設(shè)計(jì)和制備以等離子體納腔為代表的各種微納結(jié)構(gòu)，研究異質(zhì)量子結(jié)構(gòu)或分。6歡迎下載精品文檔子同上述微納的耦合特征及共振能量轉(zhuǎn)移行為。9. 發(fā)展線性標(biāo)度方法，研究復(fù)雜大分子體系 ( 如碳和硅團(tuán)簇 ) 的電子結(jié)構(gòu)、聲子譜、吸收和發(fā)射光譜?；诟窳趾瘮?shù)方法研究建立一套能處理諧振子和非諧振子體系的計(jì)算模型，編寫程序，計(jì)算分子的非線性光學(xué)響應(yīng)和非彈性隧道譜。在理論計(jì)算方面，建立第一性原理密度泛函理論計(jì)算 STM誘導(dǎo)分子發(fā)光的理論模

13、型，注重從頭計(jì)算法量子化學(xué)計(jì)算與躍遷速率方程之間的協(xié)同考慮。10. 發(fā)展和改進(jìn)實(shí)用、有效的量子耗散方程，并分析、驗(yàn)證所適用的參數(shù)范圍。發(fā)展相應(yīng)的計(jì)算方法， 并完成動(dòng)力學(xué)程序和包括二維的各種動(dòng)力學(xué)光譜程序。預(yù)期目標(biāo)：1. 理解單個(gè)及多個(gè)磁性中心與襯底之間的相互作用關(guān)系；2. 提出并確定 ESR-STM聯(lián)用系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案；3. 初步掌握探針增強(qiáng)拉曼光譜（ TERS）研究的實(shí)驗(yàn)技術(shù)和方法；4. 設(shè)計(jì)與制備出一些具有特殊新穎行為的新型受限和異質(zhì)量子結(jié)構(gòu)；5. 對(duì)異質(zhì)量子結(jié)構(gòu)的電荷轉(zhuǎn)移與能量轉(zhuǎn)換行為有比較全面的理解；6. 獲得一些制備石墨烯及其復(fù)合體系的有效方法，發(fā)展其電子態(tài)與性能的調(diào)控方法。7. 設(shè)計(jì)

14、和制備出能夠有效調(diào)控異質(zhì)量子結(jié)構(gòu)或分子耦合和能量共振轉(zhuǎn)移的微納結(jié)構(gòu)，對(duì)其相互作用與機(jī)理有較系統(tǒng)的了解和掌握。8. 發(fā)展和掌握一些電極制備技術(shù)和量子受限體系的定位生長與組裝技術(shù)。9. 尋找一些調(diào)控單分子表面吸附體系的磁學(xué)性質(zhì)的手段。10. 初步建立起基于第一性原理密度泛函理論的 STM誘導(dǎo)分子發(fā)光的理論模型；11. 發(fā)表高質(zhì)量 SCI 學(xué)術(shù)論文 40-50 篇，申請(qǐng)專利 2-3 項(xiàng)。第二年：研究內(nèi)容：1. 繼續(xù)利用低溫 - 磁場 STM 測量磁性分子的電子結(jié)構(gòu)和自旋性質(zhì)， 重點(diǎn)關(guān)注 STM 探針操縱技術(shù)。 通過 STM的單分子操縱技術(shù)調(diào)控分子內(nèi)部的功能基團(tuán)以實(shí)現(xiàn)對(duì)單分子功能的調(diào)控， 繼續(xù)研究和完

15、善動(dòng)力學(xué)測量方法； 測試完善 ESR 相關(guān)部件。2. 構(gòu)建具有特殊結(jié)構(gòu)和性質(zhì)的磁性復(fù)合結(jié)構(gòu)，如通過操縱Co、Fe、 Mn 原子，。7歡迎下載精品文檔與各種對(duì)稱性分子間構(gòu)建出復(fù)合結(jié)構(gòu)，研究磁性中心間的相互作用，發(fā)展和利用自旋極化的 STM 探針，探測和控制其自旋態(tài)；3. 探測 NC60 分子，特別是 15N 同位素的核自旋對(duì)電子自旋間可能的相互作用及對(duì)電子自旋輸運(yùn)性質(zhì)的影響；4. 利用微納加工技術(shù)制備電極材料，構(gòu)建納米結(jié)中嵌入單分子的結(jié)構(gòu)，進(jìn)一步優(yōu)化分子設(shè)計(jì)和等離激元結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)（如探針 - 發(fā)光基團(tuán)間隔基團(tuán)嫁接基團(tuán)基板），調(diào)控功能發(fā)光單元與周圍環(huán)境的脫耦合作用以及局域場增益效應(yīng)，探索提高發(fā)光量子效

16、率和實(shí)現(xiàn)單分子電致發(fā)光的途徑，并通過光子相關(guān)性測量來研究電泵單分子光源的光子發(fā)射特性及其可能應(yīng)用前景；5. 熒光分子與納米體系之間的能量轉(zhuǎn)移過程的檢測與調(diào)控。 設(shè)計(jì)和合成具有特定能量轉(zhuǎn)移通道的供體 - 受體光電分子，開展金屬表面加上不同脫耦合層的分子尺度體系的 STM誘導(dǎo)分子發(fā)光研究， 進(jìn)一步研究局域等離激元場和脫耦合效果對(duì) STM分子發(fā)光性能的影響， 為后續(xù)能量轉(zhuǎn)移體系提供一個(gè)好的脫耦合環(huán)境；同時(shí)開展原位光致發(fā)光研究，通過與穩(wěn)態(tài)、瞬態(tài)光致發(fā)光譜的比較來進(jìn)一步認(rèn)識(shí) STM誘導(dǎo)分子發(fā)光的激發(fā)與衰變機(jī)制， 并研究如何利用電脈沖激發(fā)獲得分子發(fā)光壽命信息，了解熒光衰變與能量轉(zhuǎn)移機(jī)制；6. 完善基于尺寸

17、控制、摻雜、晶態(tài)、界面、表面、應(yīng)力等方法的對(duì)異質(zhì)受限量子結(jié)構(gòu)電子結(jié)構(gòu)、電荷轉(zhuǎn)移和能量轉(zhuǎn)換的調(diào)控技術(shù)。研究器件電極與量子受限體系的歐姆連接、 Schottky 接觸及其控制方法，完善器件電極連接技術(shù)，進(jìn)一步開展石墨烯及其復(fù)合體系的量子輸運(yùn)行為研究。7. 深入研究異質(zhì)量子受限結(jié)構(gòu)等界面處的能級(jí)分布、界面態(tài)、電荷轉(zhuǎn)移、能量傳輸和光電轉(zhuǎn)換等特性，探索界面的量子調(diào)控方法。8. 對(duì)一些表面吸附體系 ( 如 Au-Pd 合金表面 CO氧化 ) 進(jìn)行理論表征，解釋相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)觀測現(xiàn)象和結(jié)果。配合實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)和理解表面對(duì)分子體系的電子態(tài)、自旋態(tài)、光子態(tài)以及振動(dòng)態(tài)的調(diào)機(jī)理控。9. 研究生物系統(tǒng)和納米器件中的環(huán)境有序性

18、和關(guān)聯(lián)性對(duì)動(dòng)力學(xué)特性的影響， 構(gòu)造合理的模型。10. 發(fā)展現(xiàn)有的模擬 STM發(fā)光的電動(dòng)力學(xué)理論，在將分子作為電偶極子的近似下，模擬 STM誘導(dǎo)分子發(fā)光， 同時(shí)建立考慮外場作用的第一性原理密度泛函理論模型，計(jì)算 STM誘導(dǎo)分子發(fā)光的光譜。8歡迎下載精品文檔預(yù)期目標(biāo)：1. 實(shí)現(xiàn)對(duì)單個(gè)磁性中心的自旋極化 STM探測與控制， 揭示自旋態(tài)在不同對(duì)稱體系和材料體系中的相互作用關(guān)系， 實(shí)現(xiàn)對(duì)單個(gè) NC60分子的高分辨表征與輸運(yùn)性質(zhì)測量；2. 對(duì)分子中電子給體和電子受體的功能基團(tuán)控制， 操控單個(gè)吸附分子中電荷和空穴的分離、復(fù)合，設(shè)計(jì)和制備出相應(yīng)功能分子和納米等離激元結(jié)構(gòu)；3. 掌握調(diào)控功能發(fā)光分子與周圍納米環(huán)

19、境之間的相互作用規(guī)律， 獲得提高發(fā)光量子效率以及實(shí)現(xiàn)單分子電致發(fā)光的新途徑；4. 在現(xiàn)有超高真空高分辨 STM系統(tǒng)上建立起原位穩(wěn)態(tài)與瞬態(tài)光譜的光致發(fā)光實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，通過原位光致發(fā)光和 STM誘導(dǎo)發(fā)光的對(duì)比性研究，揭示分子發(fā)光的激發(fā)與衰變過程，并掌握利用電脈沖激發(fā)測量分子發(fā)光壽命的技術(shù)與方法；5. 模擬出外場作用下的 STM誘導(dǎo)分子發(fā)光的光譜， 闡明一些單分子的電致發(fā)光機(jī)理；6. 完善和掌握一批新型受限與異質(zhì)量子結(jié)構(gòu)的可控制備技術(shù)和針對(duì)其電子態(tài)、電荷轉(zhuǎn)移和能量轉(zhuǎn)化的調(diào)控方法，對(duì)異質(zhì)量子受限體系的電子結(jié)構(gòu)、電荷轉(zhuǎn)移和光電轉(zhuǎn)換等量子行為有較深入和系統(tǒng)的理解；7. 制備出具有良好特性的等離子體納腔共振結(jié)構(gòu)

20、，獲得基于納腔共振的半導(dǎo)體量子結(jié)構(gòu)或分子體系的光致或電致受激輻射；8. 系統(tǒng)掌握無序?qū)κw系電子結(jié)構(gòu)和輸運(yùn)行為的影響， 了解界面在石墨烯復(fù)合結(jié)構(gòu)中的作用，設(shè)計(jì)出基于石墨烯或其復(fù)合結(jié)構(gòu)的新型量子或光電器件；9. 對(duì)利用分子間弱相互作用進(jìn)行表面自組裝等量子調(diào)控獲得更深刻的理解。10. 發(fā)表高質(zhì)量 SCI 學(xué)術(shù)論文 40-50 篇，申請(qǐng)專利 2-3 項(xiàng)。第三年：研究內(nèi)容：1. 在前階段工作的基礎(chǔ)上， 重點(diǎn)研究具有特殊效應(yīng)的磁性單分子和復(fù)合分子結(jié)構(gòu)，發(fā)展 STM與光譜技術(shù)的結(jié)合，對(duì)電子態(tài)和自旋態(tài)過程進(jìn)行動(dòng)態(tài)探測 , 利用低溫 - 磁場 STM進(jìn)一步研究單個(gè) NC60分子、單個(gè)分子磁體的電子輸運(yùn)和自

21、旋輸運(yùn)性質(zhì)；。9歡迎下載精品文檔2. 安裝調(diào)試 ESR-STM，開展初步的試驗(yàn)性研究。3. 進(jìn)一步開展熒光分子與納米等離激元體系之間的能量轉(zhuǎn)移過程的檢測與調(diào)控研究，特別是研究如何將具有特殊供體 - 受體結(jié)構(gòu)或者發(fā)光基團(tuán)間隔基團(tuán)嫁接基團(tuán)的發(fā)光分子分散到特定的襯底上 , 特別是在因分子熱穩(wěn)定性問題使得真空蒸發(fā)無法實(shí)現(xiàn)的情況下， 如何采取溶液滴定法或噴霧法來實(shí)現(xiàn)分子在表面上的沉積。4. 研究表面上納米等離激元結(jié)構(gòu)（如金屬納米顆粒和納米線）的制作，探索原位生長（如金屬硅化物納米線） 、表面分散、以及納米光刻技術(shù)的可行性及其實(shí)現(xiàn)途徑；研究分子結(jié)構(gòu)及其電子態(tài)、吸附構(gòu)型以及與周圍環(huán)境的相互作用對(duì)發(fā)光性能的影

22、響，分析供受體分子能量衰減的途徑，通過改變表面等離激元模式來對(duì)能量轉(zhuǎn)移過程進(jìn)行調(diào)控；5. 完善低維受限和異質(zhì)量子結(jié)構(gòu)的可控制備與表征技術(shù)。從功能導(dǎo)向出發(fā)，設(shè)計(jì)一些具有新功能的新型復(fù)合量子受限結(jié)構(gòu)。進(jìn)一步設(shè)計(jì)、制備和完善納腔等離子體共振結(jié)構(gòu)，系統(tǒng)開展納腔中受限量子體系或分子的激發(fā)態(tài)的馳豫動(dòng)力學(xué)特性研究 ;6. 發(fā)展尺寸、摻雜、晶態(tài)、界面、表面、應(yīng)力等對(duì)異質(zhì)受限量子結(jié)構(gòu)電子態(tài)、電荷轉(zhuǎn)移和能量轉(zhuǎn)換行為的調(diào)控方法。7. 繼續(xù)開展以石墨烯及其復(fù)合體系為代表的量子受限體系的量子行為的研究，發(fā)展相應(yīng)的量子調(diào)控技術(shù)和方法。繼續(xù)研究無序和界面等對(duì)石墨烯及其復(fù)合結(jié)構(gòu)量子輸運(yùn)和光電特性的影響，設(shè)計(jì)和制備基于該體系的

23、的新型量子器件。8. 利用 TDDFT研究描述光誘導(dǎo)的長程電荷轉(zhuǎn)移和超快電子動(dòng)力學(xué)過程， 研究鍵斷裂（化學(xué)反應(yīng)）時(shí)電荷轉(zhuǎn)移的動(dòng)力學(xué)過程，建立第一性原理密度泛函理論與電動(dòng)力學(xué)理論相結(jié)合的理論模型，計(jì)算和模擬 STM誘導(dǎo)分子發(fā)光的光譜，建立模擬量子態(tài)演化動(dòng)力學(xué)的動(dòng)態(tài)模型。9. 研究耗散動(dòng)力學(xué)，模擬二維相干光譜，與實(shí)驗(yàn)組合作，探討光合系統(tǒng)的高效激發(fā)能傳遞機(jī)制，包括考察蛋白質(zhì)環(huán)境所起的作用， 探討在介觀物理體系中，環(huán)境構(gòu)造對(duì)動(dòng)力學(xué)特性的影響。10. 發(fā)表高質(zhì)量 SCI 學(xué)術(shù)論文 40-50 篇，申請(qǐng)專利 2-3 項(xiàng)。預(yù)期目標(biāo)：。10歡迎下載精品文檔1. 闡明分子 - 磁性原子復(fù)合體系中多個(gè)磁性中心的相

24、互作用機(jī)制；2. 實(shí)現(xiàn)對(duì)磁性單分子中磁化量子隧穿過程探測，揭示自旋相關(guān)的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象；3. 理解和認(rèn)識(shí)分子復(fù)合結(jié)構(gòu)、耦合結(jié)構(gòu)中電子態(tài)、自旋態(tài)動(dòng)態(tài)探測的動(dòng)力學(xué)過程；4. 實(shí)現(xiàn) ESR-STM的基本功能，并取得一些初步的研究結(jié)果；5. 實(shí)現(xiàn)和掌握具有供體 - 受體結(jié)構(gòu)或者發(fā)光基團(tuán)間隔基團(tuán)嫁接基團(tuán)的發(fā)光分子在特定襯底表面上的分散技術(shù)與方法；6. 實(shí)現(xiàn)和掌握在襯底表面上制備具有特定功能的納米等離激元結(jié)構(gòu)的方法， 并獲得通過改變表面等離激元模式來調(diào)控能量轉(zhuǎn)移過程的新途徑；7. 進(jìn)一步完善 STM誘導(dǎo)分子發(fā)光的理論模型， 并處建立起模擬量子態(tài)演化動(dòng)力學(xué)的動(dòng)態(tài)模型；8. 掌握基于尺寸控制、摻雜、晶態(tài)、界面、表面

25、、應(yīng)力等方法的對(duì)異質(zhì)受限量子結(jié)構(gòu)電子態(tài)、電荷轉(zhuǎn)移和能量轉(zhuǎn)換的調(diào)控技術(shù)。9. 對(duì)器件（或測量）電極與電子受限體系的連接、異質(zhì)結(jié)及量子復(fù)合結(jié)構(gòu)的界面對(duì)量子輸運(yùn)特性的影響機(jī)理有比較深入的理解，發(fā)展和完善器件電極連接技術(shù)和界面調(diào)控方法。10. 解釋實(shí)驗(yàn)結(jié)果，發(fā)現(xiàn)調(diào)控電荷輸運(yùn)的重要參量。11. 發(fā)表高質(zhì)量 SCI 學(xué)術(shù)論文 40-50 篇，申請(qǐng)專利 2-3 項(xiàng)。第四年：研究內(nèi)容：1.繼續(xù)深入探討耦合關(guān)聯(lián)分子體系的電子態(tài)和自旋態(tài)特征和新效應(yīng)，對(duì)低溫-磁場 STM 體系單分子電子輸運(yùn)及自旋輸運(yùn)中一些新效應(yīng)和現(xiàn)象進(jìn)行重點(diǎn)研究，提出相應(yīng)的理論解釋；2.設(shè)計(jì)并構(gòu)建具有特定結(jié)構(gòu)與性質(zhì)的單分子及其復(fù)合結(jié)構(gòu)，進(jìn)一步研究

26、納米結(jié)中單分子的輸運(yùn)性質(zhì)，探索與自旋相關(guān)的量子態(tài)激發(fā)、量子相變等量子效應(yīng)及其產(chǎn)生和控制機(jī)制；3. 繼續(xù)發(fā)展 ESR 和 STM 聯(lián)動(dòng)的測量方法，用于對(duì)一些磁性分子的自旋態(tài)和相互耦合進(jìn)行控制。4. 將熒光分子與納米等離激元體系之間的能量轉(zhuǎn)移研究拓展到半導(dǎo)體表面上。11歡迎下載精品文檔（如 Si(111) 、 Si(100)、以及 H 鈍化或金屬鈍化的Si 表面），一方面研究STM誘導(dǎo)分子發(fā)光研究，為下一步在 Si 表面上進(jìn)行能量轉(zhuǎn)移研究提供研究基礎(chǔ)，另一方面通過在 Si 表面上制作金屬性納米顆粒、納米棒、或者三角形納米小島，然后再將分子分散到納米結(jié)構(gòu)附近，研究分子與納米結(jié)構(gòu)的能量轉(zhuǎn)移；這里將特別

27、關(guān)注金屬硅化物納米線體系（如稀土硅化物）和介電層上金屬納米線體系的相關(guān)等離激元發(fā)光與能量轉(zhuǎn)移研究；5.對(duì)單分子光電轉(zhuǎn)換中的新量子現(xiàn)象和效應(yīng)進(jìn)行重點(diǎn)研究， 深入研究在單分子與納米等離激元結(jié)構(gòu)之間表現(xiàn)出明顯的能量轉(zhuǎn)移現(xiàn)象的體系；6. 進(jìn)一步發(fā)展和完善低維異質(zhì)和受限量子體系的可控制備和量子態(tài)調(diào)控方法和技術(shù)；7. 結(jié)合先進(jìn)微納制造技術(shù)，探索和發(fā)展石墨烯圖形加工、摻雜控制、功能復(fù)合等方法，設(shè)計(jì)和制備基于石墨烯的新型量子和光電器件；8. 系統(tǒng)研究界面對(duì)器件性能的影響與優(yōu)化方法。研究量子器件中不同接觸界面對(duì)電輸運(yùn)的影響；研究光電器件中界面對(duì)電子和激子的傳輸、電子與空穴復(fù)合等性能的影響；研究界面產(chǎn)生的寄生參數(shù)

28、對(duì)器件性能的影響。9. 繼續(xù)發(fā)展線性標(biāo)度電子結(jié)構(gòu)計(jì)算方法， 開展分子器件的電子和自旋輸運(yùn)性質(zhì)的調(diào)控的理論研究，揭示光敏分子如 diarylethene 在光場調(diào)制下的電學(xué)響應(yīng)特性。10. 與量子化學(xué)、分子力學(xué)等計(jì)算相結(jié)合，在更精細(xì)的分子水平上，探討生物光合系統(tǒng)和納米系統(tǒng)中環(huán)境的構(gòu)造對(duì)動(dòng)力學(xué)特性的影響以及與其功能之間的關(guān)系。預(yù)期目標(biāo)：1. 闡明耦合分子體系中不同自旋中心、電子給體 - 受體之間的相互作用機(jī)制和調(diào)控機(jī)制；2. 揭示納米結(jié)中單分子及其復(fù)合結(jié)構(gòu)的自旋相關(guān)的量子效應(yīng)探測與調(diào)控機(jī)制；3. 實(shí)現(xiàn) ESR-STM的聯(lián)動(dòng)測量， 并利用 ESR-STM系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)磁性分子自旋態(tài)的調(diào)控；4. 通過將熒

29、光分子與納米等離激元結(jié)構(gòu)之間的能量轉(zhuǎn)移研究拓展到半導(dǎo)體表面，進(jìn)一步揭示表面等離激元在分子電子學(xué)和光子學(xué)相結(jié)合時(shí)所起到的關(guān)鍵作用；。12歡迎下載精品文檔5. 洞察和揭示在單分子光電轉(zhuǎn)換中可能出現(xiàn)的新量子現(xiàn)象，如能量上轉(zhuǎn)換現(xiàn)象、熱電子發(fā)射現(xiàn)象、激子激射現(xiàn)象等；6. 系統(tǒng)掌握低維異質(zhì)受限量子體系先進(jìn)的可控制備技術(shù)和量子調(diào)控方法。7. 得到一些石墨烯圖形加工、摻雜和復(fù)合技術(shù)，為設(shè)計(jì)和制備石墨烯新型量子器件奠定可靠的基礎(chǔ)。8. 較全面地理解界面影響量子器件中電荷轉(zhuǎn)移、 能量傳輸和光電轉(zhuǎn)換的機(jī)理，為系統(tǒng)提升結(jié)構(gòu)和器件設(shè)計(jì)與制備技術(shù)的提供依據(jù)。9. 理解一些光控開關(guān)的工作機(jī)理。10. 探索分子量子結(jié)構(gòu)中電子

30、態(tài)和自旋態(tài)的控制手段。11. 發(fā)表高質(zhì)量 SCI 學(xué)術(shù)論文 40-50 篇，申請(qǐng)專利 2-3 項(xiàng)。第五年：研究內(nèi)容：1. 總結(jié)基于單分子復(fù)合結(jié)構(gòu)及自旋耦合體系的構(gòu)建、探測和調(diào)控方法；2. 總結(jié)并分析利用低溫 - 磁場 STM、ESR-STM探測和調(diào)控單個(gè)磁性分子電子及自旋行為的方法與結(jié)果，提出新的科學(xué)問題和新的研究方向；3. 總結(jié)磁性單分子的自旋量子行為及其調(diào)控的研究結(jié)果， 提出利用單分子磁體設(shè)計(jì)和構(gòu)建原型量子器件的可能性；4. 選取具有重要物理效應(yīng)和新穎現(xiàn)象的的研究體系，同時(shí)配合理論模擬與計(jì)算，對(duì)實(shí)驗(yàn)工作中得到的現(xiàn)象進(jìn)行理論闡釋，并針對(duì)實(shí)驗(yàn)與理論工作中遇到的關(guān)鍵問題集中攻關(guān)，以取得重大的突破

31、。5. 總結(jié)和完善高分辨掃描隧道顯微鏡與高靈敏單光子檢測相結(jié)合的復(fù)合技術(shù)，單分子光子態(tài)調(diào)控規(guī)律， 對(duì)單分子電光轉(zhuǎn)換中觀察到的一些新現(xiàn)象和效應(yīng)進(jìn)行重點(diǎn)研究，深入研究電泵單分子發(fā)光技術(shù)，探索平面型電激勵(lì)納米光源的可行性 ;6. 總結(jié)單分子與等離激元納米結(jié)構(gòu)之間的能量轉(zhuǎn)移實(shí)驗(yàn)中觀察到的量子現(xiàn)象和效應(yīng)，分析表面等離激元在其中的作用，提出相應(yīng)的理論解釋并完善理論模型，探索其作為器件運(yùn)作原理的可能性；7. 總結(jié)異質(zhì)量子受限結(jié)構(gòu)的可控制備方法和表征技術(shù)， 完善和總結(jié)低維受限和異質(zhì)量子結(jié)構(gòu)中新的量子特性、機(jī)制和本質(zhì)；。13歡迎下載精品文檔8.完善和總結(jié)針對(duì)低維受限和異質(zhì)量子體系的量子調(diào)控技術(shù)與方法，量子器件設(shè)

32、計(jì)與制備的關(guān)鍵技術(shù)與方法；9.進(jìn)一步完善以前發(fā)展的方法，用于實(shí)際體系的計(jì)算，研究功能材料的結(jié)構(gòu) - 物理性質(zhì)關(guān)系， 研究光激發(fā)分子過程中其參數(shù)如波長和強(qiáng)度對(duì)電荷輸運(yùn)的調(diào)控過程，描述分子器件電子和自旋輸運(yùn)機(jī)理；10. 設(shè)計(jì)分子修飾，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)和理論動(dòng)力學(xué)光譜的比較研究，為實(shí)現(xiàn)量子調(diào)控提供依據(jù)；11. 根據(jù)國內(nèi)外研究發(fā)展趨勢(shì)對(duì)研究內(nèi)容進(jìn)行充實(shí)和調(diào)整，提出新的科學(xué)問題，研制新設(shè)備，開辟新方向。預(yù)期目標(biāo)：1. 掌握低溫 - 磁場 STM用于探測單分子及其復(fù)合結(jié)構(gòu)的電子態(tài)和自旋態(tài)的量子調(diào)控的基本原理與系統(tǒng)的研究方法；實(shí)現(xiàn)空間、能量、時(shí)間維度上對(duì)單分子中基于電子和自旋的量子效應(yīng)的高分辨探測與調(diào)控；2. 提出

33、利用單分子結(jié)構(gòu)中量子態(tài)和量子效應(yīng)的新穎的原型量子器件的設(shè)計(jì)原理與可行性分析，總結(jié)單分子體系量子設(shè)計(jì)與調(diào)控的基本規(guī)律，提出分子體系量子態(tài)探測與調(diào)控的新的科學(xué)問題和新的研究方向；3. 實(shí)現(xiàn)和掌握高分辨掃描隧道顯微鏡與高靈敏單光子檢測相結(jié)合的復(fù)合技術(shù)，完成從空間、能量、時(shí)間三個(gè)方面的對(duì)分子量子體系的時(shí)空行為和能級(jí)結(jié)構(gòu)的高分辨、高靈敏表征、檢測和調(diào)控；4. 掌握單分子光子態(tài)調(diào)控規(guī)律，揭示表面等離激元在其中的作用，并提出相應(yīng)器件運(yùn)作的可行性途徑，針對(duì)實(shí)驗(yàn)研究過程中出現(xiàn)的新量子現(xiàn)象和效應(yīng)，給出相應(yīng)的理論解釋 , 并提出新的科學(xué)問題和研究方向；5. 掌握低維受限和異質(zhì)量子結(jié)構(gòu)的可控制備方法和技術(shù)， 理解低維

34、受限和異質(zhì)量子結(jié)構(gòu)新的量子特性、機(jī)制和本質(zhì)，掌握針對(duì)低維受限和異質(zhì)量子結(jié)構(gòu)的量子調(diào)控技術(shù)與方法，獲得一批量子器件設(shè)計(jì)與制備的關(guān)鍵技術(shù)與方法，根據(jù)國家戰(zhàn)略需求，結(jié)合國際發(fā)展態(tài)勢(shì)，提出新的科學(xué)問題和技術(shù)；6. 完善前述計(jì)算程序，研究重要的實(shí)際材料；7. 綜合分析影響分子器件電子和自旋輸運(yùn)機(jī)理的各種因素， 并構(gòu)建一些可實(shí)現(xiàn)特殊功能的分子器件；8. 項(xiàng)目總結(jié)；。14歡迎下載精品文檔9. 預(yù)期在國際主流 SCI 雜志發(fā)表學(xué)術(shù)論文約 40 篇，并爭取在 Nature 、Science上發(fā)表 1-2 篇文章，并申請(qǐng)?jiān)土孔悠骷O(shè)計(jì)的相關(guān)專利。15歡迎下載精品文檔一、研究內(nèi)容本項(xiàng)目擬開展的研究課題從屬于重大科學(xué)研究計(jì)劃 量子調(diào)控研究 指南中所列舉的 “受限微納量子結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)與調(diào)控 ”方向。 我們將面向國家重大需求， 圍繞未來信息技術(shù)及其關(guān)聯(lián)的分子量子結(jié)構(gòu)與器件這一重要前沿開展創(chuàng)新性研究。本項(xiàng)目擬重點(diǎn)解決的關(guān)鍵科學(xué)問題包括： 具有特定構(gòu)型和功能的分子尺度量子結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)、制備與調(diào)控； 分子體系的軌道、 電子態(tài)與自旋態(tài)等內(nèi)部量子態(tài)的高靈敏、高分辨率的檢測、 表征與調(diào)控； 分子尺度