最近，中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)單分子科學(xué)團(tuán)隊(duì)的董振超研究小組，通過掃描隧道顯微鏡（STM）誘導(dǎo)單分子電致發(fā)光技術(shù)，首次清晰地展示了單個(gè)分子在電激勵(lì)下的上轉(zhuǎn)化發(fā)光行為，并通過與深圳大學(xué)教授李曉光等合作，從理論上揭示了其微觀機(jī)制。國際物理學(xué)術(shù)期刊《物理評(píng)論快報(bào)》于5月3日在線發(fā)表了這項(xiàng)成果。

　　上轉(zhuǎn)換發(fā)光通常指材料吸收低能光子但發(fā)出高能光子的反斯托克斯過程，這一現(xiàn)象在激光信息技術(shù)、紅外探測、生物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域有巨大的應(yīng)用前景。電激勵(lì)下的上轉(zhuǎn)化發(fā)光過程中，有機(jī)分子吸收由STM注入的低能電子，并在其弛豫過程中發(fā)射出高能光子。這一過程涉及分子電子能態(tài)、分子間以及分子與周圍環(huán)境間的相互作用，深入理解這些相互競爭與制約的微觀過程，對(duì)其在有機(jī)光電轉(zhuǎn)換器件、光催化和光合成等方面的應(yīng)用有著至關(guān)重要的意義。

    中國科大單分子科學(xué)團(tuán)隊(duì)長期致力于發(fā)展將STM高空間分辨表征與光學(xué)技術(shù)高靈敏探測相結(jié)合的技術(shù)，特別是通過巧妙調(diào)控隧道結(jié)納腔等離激元的寬頻、局域與增強(qiáng)特性，拓展了測量極限，為在單分子水平上觀測和調(diào)控分子的光電行為提供了有力手段。他們利用高度局域化的隧穿電子作為激發(fā)源，研究了氯化鈉脫耦合層表面上的單個(gè)酞菁分子的電致熒光，不僅發(fā)現(xiàn)了反常的電致上轉(zhuǎn)換發(fā)光現(xiàn)象，還清晰地展示了分子發(fā)光強(qiáng)度的三個(gè)不同偏壓區(qū)域。尤其值得指出的是，該工作在單分子水平上觀測到電致上轉(zhuǎn)換發(fā)光現(xiàn)象，有力排除了此前對(duì)這類體系中上轉(zhuǎn)換機(jī)制的一些猜測，同時(shí)不同偏壓區(qū)域的觀測也為分析和理解上轉(zhuǎn)換機(jī)制提供了豐富的數(shù)據(jù)。以此為基礎(chǔ)的理論分析進(jìn)一步表明，兩種不同的分子激發(fā)機(jī)制——非彈性電子散射和載流子注入——之間的微妙競爭導(dǎo)致了不同偏壓區(qū)域不同的發(fā)光現(xiàn)象。基于對(duì)上述兩種激發(fā)機(jī)制以及對(duì)系統(tǒng)其它潛在激發(fā)態(tài)的定量分析，研究團(tuán)隊(duì)首次提出了以自旋三重態(tài)作為中間過渡態(tài)，同時(shí)結(jié)合非彈性電子散射和載流子注入兩種激發(fā)過程的單分子上轉(zhuǎn)換發(fā)光機(jī)制。

　　陳功與駱陽為這篇文章的共同第一作者。該系列研究工作得到基金委、科技部、中科院、教育部、安徽省等的支持。

　　圖注：(a) STM誘導(dǎo)單分子電致發(fā)光的實(shí)驗(yàn)構(gòu)型示意圖；(b) 三種不同偏壓下單分子電致發(fā)光光譜，展示了單分子的上轉(zhuǎn)換發(fā)光現(xiàn)象；(c) 單分子電致發(fā)光強(qiáng)度的偏壓依賴關(guān)系。