中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)的研究人員在國際上首次實(shí)現(xiàn)亞納米分辨的單分子光學(xué)拉曼成像，將具有化學(xué)識別能力的空間成像分辨率提高到前所未有的0.5納米。6月6日，《自然》雜志在線發(fā)表了該項成果。三位審稿人盛贊這項工作“打破了所有的紀(jì)錄，是該領(lǐng)域創(chuàng)建以來的最大進(jìn)展”、“是該領(lǐng)域迄今質(zhì)量最高的頂級工作，開辟了該領(lǐng)域的一片新天地”、“是一項設(shè)計精妙的實(shí)驗觀測與理論模擬相結(jié)合的意義重大的工作”。世界著名納米光子學(xué)專家還在同期雜志的《新聞與觀點(diǎn)》欄目撰文評述了這項研究。

　　據(jù)悉，這一成果由中科院院士侯建國領(lǐng)銜的中國科大微尺度物質(zhì)科學(xué)國家實(shí)驗室單分子科學(xué)團(tuán)隊董振超研究小組完成，博士生張瑞、張堯為論文共同第一作者。

　　據(jù)了解，物質(zhì)世界里的分子非常小，一般在1個納米左右，相當(dāng)于人的頭發(fā)絲直徑的六萬分之一。如此小的尺度，不僅肉眼看不到，連光學(xué)顯微鏡都無能為力。如何在納米甚至亞納米尺度上實(shí)現(xiàn)分子成像并能識別分子的化學(xué)信息，從而幫助人類認(rèn)識分子結(jié)構(gòu)、更進(jìn)一步了解微觀世界，是科學(xué)家們持續(xù)關(guān)注的熱點(diǎn)。

　　光的頻率在散射后會發(fā)生變化，而頻率的變化情況取決于散射物質(zhì)的特性，這就是物理學(xué)上曾獲得諾貝爾獎的著名的“拉曼散射”?！袄⑸涔庵邪素S富的分子振動結(jié)構(gòu)信息，不同分子的拉曼光譜的譜形特征各不相同。因此，正如通過人的指紋可以識別人的身份一樣，拉曼光譜的譜形也就成為科學(xué)家們識別不同分子的‘指紋’光譜。”論文通訊作者之一、中國科大教授董振超介紹說，拉曼光譜已經(jīng)成為物理、化學(xué)、材料、生物等領(lǐng)域研究分子結(jié)構(gòu)的重要手段。

　　上世紀(jì)70年代以來，隨著表面增強(qiáng)拉曼散射技術(shù)，特別是針尖增強(qiáng)拉曼散射（TERS）技術(shù)的發(fā)展，光譜探測的靈敏度以及拉曼成像的分辨率都有了極大的提高。“迄今，科學(xué)家們已將TERS測量的最佳空間成像分辨率發(fā)展到幾個納米的水平，但這顯然還不適合對單個分子進(jìn)行化學(xué)識別成像?！倍癯f。

　　微尺度實(shí)驗室單分子科學(xué)團(tuán)隊一直致力于自主研制科研裝備，發(fā)展了將高分辨掃描隧道顯微技術(shù)與高靈敏光學(xué)檢測技術(shù)融為一體的聯(lián)用系統(tǒng)。他們利用針尖與襯底之間形成的納腔等離激元“天線”的寬頻、局域與增強(qiáng)特性，通過與入射光激發(fā)和分子拉曼光子發(fā)射發(fā)生雙重共振的頻譜匹配調(diào)控，實(shí)現(xiàn)了亞納米分辨的單個卟啉分子的拉曼光譜成像，使化學(xué)識別的分辨率達(dá)到前所未有的0.5納米，可識別分子內(nèi)部的結(jié)構(gòu)和分子在表面上的吸附構(gòu)型。

　　“可以說，在任何需要在分子尺度上對材料的成分和結(jié)構(gòu)進(jìn)行識別的領(lǐng)域，該項研究成果都有很大的用途。”董振超表示，這項研究對了解微觀世界，特別是微觀催化反應(yīng)機(jī)制、分子納米器件的微觀構(gòu)造和包括DNA測序在內(nèi)的高分辨生物分子成像，具有極其重要的科學(xué)意義和實(shí)用價值，也為研究單分子非線性光學(xué)和光化學(xué)過程開辟了新的途徑。