表面单分子量子态的探测和调控研究进展

单分子体系是一种典型的受限量子体系,且由于其能级分立、轨道局域、化学拓展性强,因而具有丰富的电子态、光子态以及自旋态,这些分子体系中由量子力学决定的物态使得利用单分子作为未来量子信息的载体成为可能.对单分子尺度量子态的探测和调控研究有利于我们“自下而上”精确构建量子器件.由于单分子体系的尺寸限制,宏观的表征手段难以对其进行精确地调控和探测.扫描隧道显微镜具有高精度的实空间定位能力,高分辨的成像和谱学能力,可以实施原位的分子操纵,还可以与多种外场和局域场表征技术联用,是目前精确探测和调控分子尺度量子态特性的重要工具.本文撷取这一领域较为代表性的进展,介绍了基于扫描隧道显微学技术的表面吸附单分子及其相关结构中的量子态研究现状.首先介绍了表面单分子体系量子态的制备手段,然后分别重点介绍了单分子的局域磁自旋态以及单分子作为单光子源的光学特性.对于石墨烯分子结构我们将其视为一种大分子的单分子体系,分别从其拓扑电子态和自旋态的表征和调控两方面做了介绍.最后总结并对单分子量子态研究未来的发展做了展望.     

数字平均对红外单光子探测器中温度控制系统信噪改善比的影响

针对用于量子保密通信中单光子探测器需要高精度温控系统的情况,分析了其温控系统中数字平均方案对系统信噪改善比的影响,给出了信噪改善比与平均次数、采样周期、总采样时间和白噪声带宽的函数关系.针对实际应用中总采样时间有限的情况,分别就平均次数、采样周期两个物理参量对系统信噪改善比的作用进行了计算,给出了总采样时间一定的情况下,信噪改善比的表达式,并定义了最佳的采样次数.     

K_α单光子计数CCD标定北大核心CSCD

对三台单光子计数CCD的能量响应特性和探测效率进行实验标定。采用标准放射源对CCD进行照射,将CCD图像进行统计处理后,得到CCD的能量响应曲线。响应曲线近似为线性,不同的CCD响应曲线斜率明显不同。编写了MATLAB程序对多像素事件进行处理,获得CCD的探测效率曲线。在不同的能点处,CCD的探测效率明显不同,在5.1keV附近探测效率达到最大值。标定结果与XOP软件计算得到的吸收效率理论结果比较一致。该标定结果可用于超强激光打靶产生的Kα荧光光子产额和能谱的定量精确处理。     

单光子和双光子电磁诱导透明谱的相干调制

采用一束相干外场作用在倒Y模型原子的基态与另外状态构成的跃迁上,实现对单光子和双光子电磁诱导透明谱的调制。经研究发现相干外场对单光子和双光子的吸收性质有类似的影响效果。由于相干外场的作用,吸收谱的共振点附近出现吸收峰将原单重透明谱分裂为双重透明谱。诱导的吸收峰的高度和透明谱的频谱宽度与相干外场的强度有密切关系。并用缀饰态理论解释了这些物理现象。这些研究对多通道光通信以及对原子光学性质的调控方面有积极意义。     

局域态密度对表面等离激元特性影响的研究

表面等离激元是一种在金属与介质界面上激发并耦合电荷密度起伏的电磁振荡, 具有近场增强和短波长等特性, 在纳米光子学的研究中扮演重要角色. 将表面等离激元的效应用于单光子源的制备, 不但可以有效减小器件的体积, 而且可以有效提高单光子的辐射和收集效率. 本文根据表面等离激元的珀赛尔系数与光子态密度的关系, 采用局域态密度计算的方法, 分析了不同金属材料的局域态密度及珀赛尔系数的特性. 通过计算比较, 选择银为最佳金属材料, 并在此基础上讨论了探测距离和电介质材料对局域态密度和珀赛尔系数的影响, 为基于表面等离子激元的单光子源制备提供重要参数.     

一种新型的量子秘密共享方案

在实际应用中,秘密共享网络的发展一般会有成员扩展的需求。但是,现有的量子秘密共享方案在设计时很少考虑网络的可扩展性。利用相对简单经济的量子资源,设计了一种可扩展的量子秘密共享方案。它在成员扩展阶段无需代理协助,因而有助于避免秘密共享的内部欺骗。最后从三个方面讨论了本方案的安全性。     

Erratum： Experimental Study on Preparation Efficiency of Microstructured-Fiber Based Heralded Single-Photon Source at 1.5 μm [Chin. Phys. Lett. 26（2009）034206]

As the definition in the Letter, the preparation efficiency should be calculated according to Eq. （2）. However, the data in Fig. 4 were not divided by ηΩSPD2 = 0.15, while all the pertinent discussion is correct. We correct this mistake and show the revised figure here.     

Experimental Study on Coherence Time of a Light Field with Single Photon Counting

The second-order degree of coherence of pseudo-thermal light and coherence time are experimentally studied via the Hanbruy-Brown-Twiss （HBT） scheme. The system consists of two non-photon-number-resolving single- photon-counting modules （SPCMs） operating in the Geiger mode. We investigate the coherence time of the incident beam for different spot sizes on a ground glass a~d speeds of a rotating ground glass. The corresponding coherence time can be obtained from Gaussian fitting for the measured second-order degree of coherence. The results show that the coherence time of measured pseudo-thermal light depends on the spot sizes and the rotating speeds of the ground glass. The maximum value of the second-order degree of coherence is reduced as the rotating speed decreases. This result can be well explained by the model of mixed thermal and coherent fields with different ratios.     

两类以芴为中心的有机分子双光子吸收特性

在密度泛函理论水平上, 利用响应函数方法研究了实验新合成的两类以芴为π中心的分子(SK-G1和NT-G1)的双光子吸收特性. 计算结果表明, 这两类有机分子都具有较大的单光子和双光子光吸收强度. 在低能量范围内, NT-G1分子的最大单光子吸收峰相对于SK-G1分子来说发生了红移, 且其最大单光子吸收强度是SK-G1分子的两倍. SK-G1和NT-G1分子的最大双光子吸收均发生在第二激发态. NT-G1分子的最大双光子吸收截面约是SK-G1分子的五倍, 并且NT-G1分子存在一个较宽的双光子吸收带. NT-G1分子的较强光学性质与分子内较大的电荷转移过程有关. 采用Onsager模型计算了溶剂分子对溶质分子单光子吸收性质的影响, 理论计算结果和实验测量结果符合得较好.     

111In-DOTA-mAb109单克隆抗体探针的制备及其分子显像的研究

以具有肿瘤靶向的新型单克隆抗体mAb109, 借助其表面的氨基偶联双功能螯合剂获得可用于放射标记的DOTA-mAb109, 制备了¹¹¹In-DOTA-mAb109分子探针. Radio-HPLC分析结果表明, 其标记率96%, 放化纯度大于98%. 体外稳定性实验结果表明¹¹¹In-DOTA-mAb109在NaAc、PBS缓冲溶液以及5%人血清白蛋白溶液中均具有很高的稳定性. 建立 PANC-1胰腺癌裸鼠模型, 通过Nano-SPECT设备观察其在模型动物体内的代谢情况: 在静脉注射18.5 MBq ¹¹¹In-DOTA-mAb109探针分别于24 h, 48 h, 72 h进行SPECT/CT的显像, 随着时间的延长, 其在肿瘤组织表现出代谢摄取的增高. 通过断层显像, 进一步分析, 可见从特点层面观察到肿瘤组织具有明显的放射性摄取. 上述研究结果表明, ¹¹¹In-DOTA-mAb109分子探针有望发展成为一种具有肿瘤靶向性的新型分子探针.