■本報見習記者 張晴丹
目前，全球信息技術正跨入以量子效應為特征的“后摩爾”時代。單分子尺度體系具有豐富的功能結構和獨特的量子性質(zhì)，將成為量子計算和信息技術物質(zhì)載體的最佳選擇之一。
十余年來，中科院院士、中國科學技術大學教授侯建國領銜的“單分子尺度的量子調(diào)控研究集體”對單分子尺度體系進行不斷的探索，取得了一批重要創(chuàng)新成果，并由此獲得2014年度中科院杰出科技成就獎。
領先國際水平
單分子尺度量子調(diào)控研究是國家量子調(diào)控科學領域的重大科學問題和需求。近年來，該研究集體進一步發(fā)展和提升了單分子尺度量子態(tài)的探測、操縱及調(diào)控技術，率先實現(xiàn)了國際上最高水平的亞納米分辨的單分子拉曼成像。
“2013年，我們在單分子化學識別方面取得重大突破，實現(xiàn)了亞納米分辨的單分子拉曼成像。該工作在《自然》雜志上發(fā)表后，立即引起國際科技界的廣泛關注。”中國科學技術大學教授楊金龍在接受《中國科學報》記者采訪時表示。
“我們通過技術上的創(chuàng)新和概念上的突破，將非線性效應融入到常規(guī)的針尖增強拉曼散射過程中，從而大大提高了拉曼信號的探測靈敏度和空間分辨能力，將光學光譜探測推進到前所未有的亞分子亞納米水平，使單分子尺度的化學識別成為現(xiàn)實。”中國科學技術大學教授董振超說。
團隊成員之一、中國科學技術大學教授王兵表示，盡管科學發(fā)展進程非�？�，但他們在拉曼成像方面取得的成績迄今仍保持著世界紀錄。
此外，該集體還利用單分子選鍵化學實現(xiàn)了單分子磁性自旋態(tài)控制；成功設計并實現(xiàn)具有多重功能集成的單分子器件；利用納腔等離激元共振實現(xiàn)了單分子電致發(fā)光；揭示出氧化物表面光催化分解水的微觀機制等。
團隊建設尤為重要
“我們能取得現(xiàn)在的成績，離不開團隊的長期密切合作。”楊金龍表示，單分子尺度體系的研究并不是一項短平快的研究，這個“硬骨頭”需要很多人一起慢慢地“啃”。
中國科學技術大學單分子尺度的量子調(diào)控研究集體由侯建國（實驗）和楊金龍（理論）領銜，一共10位成員組成。“團隊合作對于整個研究獲得新突破是非常重要的，協(xié)作是全方位的，貫穿了整個團隊發(fā)展的始終。每一次新的發(fā)現(xiàn)，都是整個團隊共同協(xié)作和努力的結果。”王兵說。
其中一位團隊成員告訴記者，每次新加入的成員都會帶來新的思路，團隊建設實際上也是一個逐漸積累和發(fā)展，然后不斷提升創(chuàng)新研究能力的過程。
在董振超看來，團隊的支持對自己的科研工作非常重要。“在學術上，我們經(jīng)常進行熱烈的探討和爭辯，有時甚至爭論得面紅耳赤，大家都在試圖攻擊對方的弱點。待這些弱點被攻克后，課題研究自然也就往前邁進了一步。”
“我們的團隊研究有兩個最鮮明的特色：一個是實驗和理論緊密結合，因為量子里面有很多實驗現(xiàn)象需要理論支撐；第二個是多學科交叉，包括物理、化學、電子、光學、生物等，這樣才能有效促成技術的創(chuàng)新集成和知識的融會貫通。”董振超說。
應用前景廣闊
“目前，我們的研究尚屬于基礎研究階段。”楊金龍表示，團隊成員并不滿足于現(xiàn)在的進步，會一直探究下去。
“科學的魅力在于對未知的探索。”董振超說，當你朝著某個方向努力，但作出來的結果與原來的想象和理論不一樣時，就會出現(xiàn)新的信息，這樣會反過來促進對一些現(xiàn)象新的理解，進而推動科研向前發(fā)展。
該團隊一位研究人員表示，他們的目的是深刻理解和有效調(diào)控分子尺度上的量子行為。目前的研究離真正的應用還有一段距離，但是研究課題都是瞄準未來的能源、信息、生物等前沿領域，旨在為這些未來技術提供基本信息和科學依據(jù)。
“比如單分子拉曼成像技術，其最主要的優(yōu)點是能把微觀世界里相鄰分子的成分和結構‘看’出來，這在材料科學、納米催化、分子納米技術、生物技術等領域可能都有很重要的應用前景。”董振超介紹說。
“在生命科學領域，拉曼成像的應用有可能提高疾病的早期檢測技術水平。比如現(xiàn)有技術只能檢測出已達到一定量的癌細胞，如果能事先對生命體作單分子檢測，就能在癌變細胞極少的情況下將其檢測出來，這對癌癥早期治療意義重大。”楊金龍表示。
“在研究過程中，我們一方面從科學角度出發(fā)，另一方面也從國家整體需求出發(fā)，在進行科學探索的同時，關注國家戰(zhàn)略方向。”王兵說。
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