■本報(bào)見習(xí)記者 張晴丹

目前，全球信息技術(shù)正跨入以量子效應(yīng)為特征的“后摩爾”時(shí)代。單分子尺度體系具有豐富的功能結(jié)構(gòu)和獨(dú)特的量子性質(zhì)，將成為量子計(jì)算和信息技術(shù)物質(zhì)載體的最佳選擇之一。

十余年來(lái)，中科院院士、中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)教授侯建國(guó)領(lǐng)銜的“單分子尺度的量子調(diào)控研究集體”對(duì)單分子尺度體系進(jìn)行不斷的探索，取得了一批重要?jiǎng)?chuàng)新成果，并由此獲得2014年度中科院杰出科技成就獎(jiǎng)。

領(lǐng)先國(guó)際水平

單分子尺度量子調(diào)控研究是國(guó)家量子調(diào)控科學(xué)領(lǐng)域的重大科學(xué)問題和需求。近年來(lái)，該研究集體進(jìn)一步發(fā)展和提升了單分子尺度量子態(tài)的探測(cè)、操縱及調(diào)控技術(shù)，率先實(shí)現(xiàn)了國(guó)際上最高水平的亞納米分辨的單分子拉曼成像。

“2013年，我們?cè)趩畏肿踊瘜W(xué)識(shí)別方面取得重大突破，實(shí)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(guó)際科技界的廣泛關(guān)注。”中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)教授楊金龍?jiān)诮邮堋吨袊?guó)科學(xué)報(bào)》記者采訪時(shí)表示。

“我們通過(guò)技術(shù)上的創(chuàng)新和概念上的突破，將非線性效應(yīng)融入到常規(guī)的針尖增強(qiáng)拉曼散射過(guò)程中，從而大大提高了拉曼信號(hào)的探測(cè)靈敏度和空間分辨能力，將光學(xué)光譜探測(cè)推進(jìn)到前所未有的亞分子亞納米水平，使單分子尺度的化學(xué)識(shí)別成為現(xiàn)實(shí)。”中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)教授董振超說(shuō)。

團(tuán)隊(duì)成員之一、中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)教授王兵表示，盡管科學(xué)發(fā)展進(jìn)程非常快，但他們?cè)诶�曼成像方面取得的成�?jī)迄今仍保持著世界紀(jì)錄。

此外，該集體還利用單分子選鍵化學(xué)實(shí)現(xiàn)了單分子磁性自旋態(tài)控制；成功設(shè)計(jì)并實(shí)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(shí)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(jī)制等。

團(tuán)隊(duì)建設(shè)尤為重要

“我們能取得現(xiàn)在的成績(jī)，離不開團(tuán)隊(duì)的長(zhǎng)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(xiàng)短平快的研究，這個(gè)“硬骨頭”需要很多人一起慢慢地“啃”。

中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)單分子尺度的量子調(diào)控研究集體由侯建國(guó)（實(shí)驗(yàn)）和楊金龍（理論）領(lǐng)銜，一共10位成員組成。“團(tuán)隊(duì)合作對(duì)于整個(gè)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(gè)團(tuán)隊(duì)發(fā)展的始終。每一次新的發(fā)現(xiàn)，都是整個(gè)團(tuán)隊(duì)共同協(xié)作和努力的結(jié)果。”王兵說(shuō)。

其中一位團(tuán)隊(duì)成員告訴記者，每次新加入的成員都會(huì)帶來(lái)新的思路，團(tuán)隊(duì)建設(shè)實(shí)際上也是一個(gè)逐漸積累和發(fā)展，然后不斷提升創(chuàng)新研究能力的過(guò)程。

在董振超看來(lái)，團(tuán)隊(duì)的支持對(duì)自己的科研工作非常重要。“在學(xué)術(shù)上，我們經(jīng)常進(jìn)行熱烈的探討和爭(zhēng)辯，有時(shí)甚至爭(zhēng)論得面紅耳赤，大家都在試圖攻擊對(duì)方的弱點(diǎn)。待這些弱點(diǎn)被攻克后，課題研究自然也就往前邁進(jìn)了一步。”

“我們的團(tuán)隊(duì)研究有兩個(gè)最鮮明的特色：一個(gè)是實(shí)驗(yàn)和理論緊密結(jié)合，因?yàn)榱孔永锩嬗泻芏鄬?shí)驗(yàn)現(xiàn)象需要理論支撐；第二個(gè)是多學(xué)科交叉，包括物理、化學(xué)、電子、光學(xué)、生物等，這樣才能有效促成技術(shù)的創(chuàng)新集成和知識(shí)的融會(huì)貫通。”董振超說(shuō)。

應(yīng)用前景廣闊

“目前，我們的研究尚屬于基礎(chǔ)研究階段。”楊金龍表示，團(tuán)隊(duì)成員并不滿足于現(xiàn)在的進(jìn)步，會(huì)一直探究下去。

“科學(xué)的魅力在于對(duì)未知的探索。”董振超說(shuō)，當(dāng)你朝著某個(gè)方向努力，但作出來(lái)的結(jié)果與原來(lái)的想象和理論不一樣時(shí)，就會(huì)出現(xiàn)新的信息，這樣會(huì)反過(guò)來(lái)促進(jìn)對(duì)一些現(xiàn)象新的理解，進(jìn)而推動(dòng)科研向前發(fā)展。

該團(tuán)隊(duì)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(yīng)用還有一段距離，但是研究課題都是瞄準(zhǔn)未來(lái)的能源、信息、生物等前沿領(lǐng)域，旨在為這些未來(lái)技術(shù)提供基本信息和科學(xué)依據(jù)。

“比如單分子拉曼成像技術(shù)，其最主要的優(yōu)點(diǎn)是能把微觀世界里相鄰分子的成分和結(jié)構(gòu)‘看’出來(lái)，這在材料科學(xué)、納米催化、分子納米技術(shù)、生物技術(shù)等領(lǐng)域可能都有很重要的應(yīng)用前景。”董振超介紹說(shuō)。

“在生命科學(xué)領(lǐng)域，拉曼成像的應(yīng)用有可能提高疾病的早期檢測(cè)技術(shù)水平。比如現(xiàn)有技術(shù)只能檢測(cè)出已達(dá)到一定量的癌細(xì)胞，如果能事先對(duì)生命體作單分子檢測(cè)，就能在癌變細(xì)胞極少的情況下將其檢測(cè)出來(lái)，這對(duì)癌癥早期治療意義重大。”楊金龍表示。

“在研究過(guò)程中，我們一方面從科學(xué)角度出發(fā)，另一方面也從國(guó)家整體需求出發(fā)，在進(jìn)行科學(xué)探索的同時(shí)，關(guān)注國(guó)家戰(zhàn)略方向。”王兵說(shuō)。