中科大實現(xiàn)世界Z高分辨率單分子拉曼成像

摘要：[導讀]中國科學技術大學的科學家們在上實現(xiàn)亞納米分辨的單分子光學拉曼成像，將具有化學識別能力的空間成像分辨率提高到的0.5納米

在綠色入射激光的激發(fā)下，處于STM納腔中的卟啉分子受到高度局域且增強的等離激元光的強烈影響，使得分子的振動指紋信息可以通過拉曼散射光進行高分辨成像。

　　記者從中國科學技術大學了解到，該校的科學家們在上實現(xiàn)亞納米分辨的單分子光學拉曼成像，將具有化學識別能力的空間成像分辨率提高到的0.5納米。學術期刊《自然》雜志于6月6日在線發(fā)表了這項成果。世界納米光子學專家Atkin教授和Raschke教授在同期雜志的《新聞與觀點》欄目以《光學光譜探測挺進分子內(nèi)部》為題撰文評述了這一研究成果。《自然》三位審稿人盛贊這項工作“打破了所有的紀錄，是該領域創(chuàng)建以來的zui大進展”，“是該領域迄今質(zhì)量zui高的*工作，開辟了該領域的一片新天地”，“是一項設計精妙的實驗觀測與理論模擬相結(jié)合的意義重大的工作”。

　　這一成果是由該校微尺度物質(zhì)科學國家實驗室侯建國院士的單分子科學團隊董振超研究小組完成的，博士生張瑞、張堯為論文共同*作者。

　　光的頻率在散射后會發(fā)生變化，而頻率的變化情況取決于散射物質(zhì)的特性，這是物理學上獲得諾貝爾獎的的“拉曼散射”。“拉曼散射光中包含了豐富的分子振動結(jié)構(gòu)的信息，不同分子的拉曼光譜的譜形特征各不相同，因此，正如通過人的指紋可以識別人的身份一樣，拉曼光譜的譜形也就成為科技工作者識別不同分子的‘指紋’光譜。”論文通訊作者之一的董振超教授介紹說，拉曼光譜已經(jīng)成為物理、化學、材料、生物等領域研究分子結(jié)構(gòu)的重要手段。

　　上世紀70年代以來，隨著表面增強拉曼散射技術，特別是針尖增強拉曼散射（TERS）技術的發(fā)展，光譜探測的靈敏度以及拉曼成像的分辨率都有了極大提高。“迄今，科學家們已將TERS測量的*空間成像分辨率發(fā)展到幾個納米的水平，但這顯然還不適合于對單個分子進行化學識別成像。”董振超說。

　　微尺度實驗室單分子科學團隊多年來一直致力于自主研制科研裝備，發(fā)展了將高分辨掃描隧道顯微技術與高靈敏光學檢測技術融為一體的聯(lián)用系統(tǒng)。他們利用針尖與襯底之間形成的納腔等離激元“天線”的寬頻、局域與增強特性，通過與入射光激發(fā)和分子拉曼光子發(fā)射發(fā)生雙重共振的頻譜匹配調(diào)控，實現(xiàn)了亞納米分辨的單個卟啉分子的拉曼光譜成像，使化學識別的分辨率達到的0.5納米，可識別分子內(nèi)部的結(jié)構(gòu)和分子在表面上的吸附構(gòu)型。

　　“可以說，在任何需要在分子尺度上對材料的成分和結(jié)構(gòu)進行識別的領域，該項研究成果都有很大的用途。”董振超說，這項研究對了解微觀世界，特別是微觀催化反應機制、分子納米器件的微觀構(gòu)造和包括DNA測序在內(nèi)的高分辨生物分子成像，具有極其重要的科學意義和實用價值，也為研究單分子非線性光學和光化學過程開辟了新的途徑。