扫描拉曼埃分辨显微术:埃级分辨的针尖增强拉曼光谱成像技术（英文）

本综述对埃分辨针尖增强拉曼光谱成像技术的最新进展做了一个概述.首先在理论层面介绍了如何理解原子尺度下对光进行限域,并解释了单个分子在这样一个原子级束缚的局域光"照射"下拉曼散射过程是如何发生的.然后,概述了埃分辨针尖增强拉曼光谱技术相关研究领域的发展历程及其最新进展,特别介绍了最近发展的一种新的实空间单分子化学结构可视化重构技术—"扫描拉曼埃分辨显微术".最后,展望了该技术所具有的这种在单个化学键层面上识别材料化学结构的能力在不同的科学领域的应用前景.     

单壁碳纳米管束针尖增强近场拉曼光谱探测实验研究

针尖增强近场拉曼光谱术是最近发展起来的光谱技术。金属探针在获得样品纳米局域表面形貌的同时,受激光激发,在针尖附近产生增强电磁场,得到与形貌位置精确对应的针尖增强局域拉曼光谱,形貌和光谱的结合实现了纳米局域的光谱指认。文章建立了一套针尖增强近场拉曼光谱测量装置,并用此装置对电弧法合成的单壁碳纳米管进行了近场拉曼光谱探测。测量了直径为100 nm单壁碳纳米管束的针尖增强拉曼光谱,进一步得到至多3根单壁碳纳米管的近场拉曼光谱,实现了超衍射分辨光谱探测。通过与远场拉曼光谱比较发现,针尖增强近场拉曼光谱的增强因子大于230倍。实验证明,同时具有超衍射空间分辨和拉曼光谱信号增强能力的针尖增强近场拉曼光谱术将是纳米材料和纳米结构表征的一种重要方法。     

时间分辨偏振红外光谱及其应用

时间分辨偏振红外光谱已被广泛应用于研究光化学过程中的分子结构动力学. 通过测定瞬态物质跃迁偶极矩之间的角度等结构信息,可以提供光化学过程中伴随的电荷分布、分子结构和构象变化等动态信息. 包括简要介绍时间分辨偏振红外光谱技术的原理和应用：(i) 时间分辨偏振红外光谱概述;(ii) 时间分辨偏振红外光谱的原理及其优势;(iii) 利用时间分辨偏振红外光谱探测多种化学动力学过程,例如蛋白质构象动力学、激发态的电子局域化和光致异构化等;(iv) 时间分辨偏振红外光谱的局限和发展前景.     

有孔探针近场拉曼光谱和成像技术进展

基于有孔探针SNOM的近场拉曼光谱和成像技术的出现使得拉曼光谱的分辨率突破了光学衍射极限,从而提供了一个有力的工具对样品亚波长尺度之下的化学信息进行表征。文章讨论了探针性质对实现近场拉曼光谱的影响,并全面地介绍了有孔探针近场拉曼光谱发展十余年来在纳米尺度化学分辨成像、液-液界面性质研究、微观层面解释SERS增强机理、图像化反映SERS热点分布等诸多领域的研究进展。     

基于最大似然法的共焦拉曼光谱成像方法

随着现代科技对纳米微观区域兴趣的增加,如DNA测序、分子纳米器件微结构检测等,其对拉曼光谱技术的空间分辨力提出了更高的要求,而现有共焦拉曼光谱技术受自身原理限制,空间分辨力已无法满足科学需求。针对这一问题,在现有共焦拉曼光谱技术的基础上,提出一种基于最大似然算法的共焦拉曼光谱成像方法。该方法将超分辨图像复原技术与共焦拉曼光谱技术相结合,利用基于Poisson-Markov约束的最大似然超分辨复原算法对共焦拉曼光谱图像进行超分辨图像复原处理,恢复图像高频成分,进而改善共焦拉曼光谱系统的空间分辨能力,实现超分辨成像。仿真分析和实验结果表明,提出的基于最大似然算法的共焦拉曼光谱成像方法在不改变现有共焦拉曼光谱系统光学结构的前提下,仅对单幅拉曼光谱图像进行超分辨图像复原处理,即可将系统空间分辨力提高到200 nm,实现超分辨成像,同时该方法具有较强的噪声抑制能力。该方法有效地提高了共焦拉曼光谱系统的空间分辨力,为物理化学、材料科学等前沿领域中的高空间分辨微区光谱探测提供了一种新的途径,是一种行之有效的高空间分辨的共焦拉曼光谱成像方法。     

LDS751染料分子的时间分辨荧光谱

本文介绍用飞秒时间分辨荧光凹陷探测技术,获得激发态分子时间分辨荧光光谱的方法。文中描述了实验方法及其特点,给出了ＬＤＳ７５１染料分子的飞秒时间分辨荧光光谱。     

针尖增强拉曼光谱中物理与化学效应的实验研究

针尖增强拉曼光谱(Tip-Enhanced Raman Spectroscopy,TERS)的增强机制中物理和化学效应的影响是一个非常重要的研究课题。通过采用基于原子力显微镜平台的针尖增强拉曼光谱系统,深入研究了金纳米光栅表面苯硫酚的针尖增强拉曼效应。通过与相同样品在表面增强拉曼光谱系统中不同模式的增强因子对比,发现在TERS中物理效应和化学效应对其拉曼信号的增强均有贡献,同时TERS技术会带来更大的化学增强效应,尽管在针尖加载的过程中并未改变苯硫酚与金光栅基底之间的化学环境。这种现象可以归因于苯硫酚分子在垂直金属表面方向上的各向异性及其与针尖表面电荷和外加光电场之间相互作用的影响。本文的研究促进人们对TERS机理的理解,为进一步完善TERS增强理论奠定基础。     

超分辨近场结构技术及其应用

超分辨近场结构(Super RENS)技术是在传统的超分辨光盘技术和近场光学的基础上发展起来的新技术。介绍了Super RENS技术的基本原理:利用掩膜层的非线性效应或表面等离子体增强效应,在近场区域可以记录、读出超过衍射极限的信号。综述了该技术在纳米光信息存储和光刻方面应用研究的最新进展,提出了存在的问题,展望了它的发展前景。     

基于线性成像系统的光学超分辨显微术回顾

随着纳米科学技术的发展,如何打破光学衍射极限,将光学显微术的分辨本领推进到纳米尺度,已经成为光学领域的一个核心议题.在此背景下,过去的三十年间,发展了多种超分辨光学显微技术,并在生物、材料、化学领域取得了一系列令人瞩目的应用.本文以衍射理论为线索,回顾各类基于线性成像系统的超分辨光学显微技术;对以固浸物镜、结构光照明、扫描近场光学显微术、完美透镜以及超振荡透镜为代表的超分辨光学显微技术进行综述,讨论各种技术的原理,对其特点、应用与局限加以总结,并对该领域的未来发展予以展望.     

飞秒时间分辨拉曼光谱用于研究β-胡萝卜素单重激发态内转换和振动弛豫过程

搭建了飞秒时间分辨受激拉曼光谱(FSRS)装置,并用于研究全反式β-胡萝卜素单重电子激发态超快内转换和振动弛豫过程.基于三脉冲“抽运-探测”方案搭建的时间分辨受激拉曼光谱装置同时实现了150fs的时间分辨率和23.7cm^-1的光谱分辨率,光谱检测范围为300—4000cm^-1.对全反式β-胡萝卜素电子激发态的飞秒时间分辨拉曼光谱研究表明,β-胡萝卜素被激发到S₂态后,经由寿命约为0.3ps的中间态S_X态实 关键词： 飞秒时间分辨拉曼光谱 β-胡萝卜素 激发态内转换 振动弛豫     

7 K下Ag(100)表面单个卟啉分子的位置依赖针尖增强拉曼光谱研究

本文在低温条件(∽7 K})下对吸附在Ag(100)表面上的单个空心卟啉分子进行了针尖增强拉曼光谱(TERS)研究. TERS光谱的位置依赖特性表明,单个分子内部不同化学组分的局域振动信息是可以区分的;而且进一步的TERS空间成像也表明不同的拉曼谱峰可以具有不同的空间分布特征,它们与相应的振动模式密切相关,甚至能够在亚纳米层次上识别与卟啉芯N-H键有关的振动模式. 这项研究将为深入理解单分子吸附构型的对称性以及单个分子内部的局域振动信息提供有效的手段.     

7K下Ag(100)表面单个卟啉分子的位置依赖针尖增强拉曼光谱研究（英文）

本文在低温条件(～7K)下对吸附在Ag(100)表面上的单个空心卟啉分子·进行了针尖增强拉曼光谱(TERS)研究.TERS光谱的位置依赖特性表明,单个分子内部不同化学组分的局域振动信息是可以区分的;而且进一步的TERS空间成像也表明不同的拉曼谱峰叫以具有不同的空间分布特征,它们与相应的振动模式密切相关,甚至能够在亚纳米层次上识别与卟啉芯N-H键有关的振动模式.这项研究将为深入理解单分子吸附构型的对称性以及单个分子内部的局域振动信息提供有效的手段.     

高温拉曼光谱技术的实现及应用

基于高温热辐射背景与拉曼光谱的频域和时间域特点,分析并总结了获取高温拉曼光谱谱图的若干技术,并介绍了该实验室已经建立的二套高温拉曼光谱系统,即累积时间分辨高温宏观拉曼和累积时间分辨-共焦相结合的高温显微拉曼系统。实验表明此二套系统可以应用于高温相变和熔体结构,晶体生长边界层及荧光样品的拉曼测定。     

时间分辨的X射线衍射

详细论述了时间分辨X射线衍射探测原子动态过程和生物大分子瞬态结构的各种方法。介绍了多种超快X射线脉冲光源及其在材料和生化领域中的研究进展状况。材料方面:在皮秒时间尺度探测到了晶格间距毫埃的微小变化;在亚皮秒的时间尺度直接观测到晶体的超快熔化过程和晶体内的相干声子散射;生物化学方面:采用时间分辨X射线劳厄衍射方法探测了蛋白质大分子结构的变化和功能之间的关系;精确描述了有机分子在光作用下形态发生改变时分子键角的扭转角度,从结构上揭示了其动态机理。     

时间分辨的X射线衍射

详细论述了时间分辨X射线衍射探测原子动态过程和生物大分子瞬态结构的各种方法。介绍了多种超快X射线脉冲光源及其在材料和生化领域中的研究进展状况。材料方面:在皮秒时间尺度探测到了晶格间距毫埃的微小变化;在亚皮秒的时间尺度直接观测到晶体的超快熔化过程和晶体内的相干声子散射;生物化学方面:采用时间分辨X射线劳厄衍射方法探测了蛋白质大分子结构的变化和功能之间的关系;精确描述了有机分子在光作用下形态发生改变时分子键角的扭转角度,从结构上揭示了其动态机理。     

同步辐射时间分辨荧光光谱技术

时间分辨光谱技术是研究原子、分子和凝聚态物质的激发动力学，特别是研究发光动力学的有力工具，文章主要介绍以同步辐射为激发光源研究时间分辨光谱的两种方法－时间相关单光子计数法和相移调制法，并比较了两者的优缺点。还讨论了同步辐射光源与其他激发光源相比的特点。     

单分子定位超分辨显微成像技术研究进展及展望(特邀综述)

随着新型荧光探针、先进激光、高灵敏光电探测器等相关领域的不断发展,突破衍射极限的超分辨光学显微技术为现代生物医学研究提供了新的有力工具,其中的单分子定位技术利用荧光分子的光开关效应,实现了亚细胞结构的纳米精度超分辨成像.本文介绍了单分子定位超分辨显微技术的基本原理与实现,例举了其在细胞生物学、组织生物学以及神经科学等方面的应用,讨论了该技术目前的发展趋势及可能的改进方向,为相关领域科学研究提供参考.超分辨光学显微技术的不断创新将推动生命科学的新发展.     

现场时间分辨拉曼光谱研究硫氰离子与银电极的作用

采用以光学多道分析仪(OMA)作为信号检测器的拉曼谱仪,进行了不同支持电解质中SCN~-在银电极上电化学吸附的时间分辨拉曼光谱研究。结果表明,SCN~-强吸附于电极表面,C≡N伸缩振动的频率和强度与电极电位和支持电解质密切相关。另外,应用时间分辨拉曼光谱技术可获得更可靠的有关吸附过程的信息,这将有助于对电化学界面的进一步了解。     

分子轨道高时空分辨成像

在超短激光脉冲的激发下,原子分子会发生强场阈上电离、高次谐波辐射等高阶非线性的强场物理过程.通过对这些过程中产生的光、电子信号的分析,可以实现对原子分子结构及其超快动力学过程同时具有埃量级空间分辨和亚飞秒量级时间分辨的探测,为人们在极端条件下研究微观世界的物质结构和基本物理过程提供了强大的工具.自2004年发展起来的基于分子高次谐波的分子轨道层析成像方法,可以实现对分子轨道波函数本身的高时空分辨层析成像.这将帮助人们更加深刻地认识化学反应过程的物理本质.本文介绍了分子轨道层析成像的理论方法,并综述了十余年来分子轨道层析成像理论的新进展.     

飞秒时间分辨拉曼光谱用于研究β-胡萝卜素单重激发态内转换和振动弛豫过程

搭建了飞秒时间分辨受激拉曼光谱(FSRS)装置，并用于研究全反式β-胡萝卜素单重电子激发态超快内转换和振动弛豫过程.基于三脉冲“抽运-探测”方案搭建的时间分辨受激拉曼光谱装置同时实现了150fs的时间分辨率和23.7cm^-1的光谱分辨率，光谱检测范围为300—4000cm^-1.对全反式β-胡萝卜素电子激发态的飞秒时间分辨拉曼光谱研究表明，β-胡萝卜素被激发到S₂态后，经由寿命约为0.3ps的中间态S_X态实