侯建國院士領銜探索單分子尺度的量子調控

　　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，將成為量子計算和信息技術物質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

　　單分子尺度量子調控研究是國家量子調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展和提升了單分子尺度量子態的探測、操縱及調控技術，率先實現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，實現了亞納米分辨的單分子拉曼成像。該工作在《自然》雜志上發表后，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新和概念上的突破，將非線性效應融入到常規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，盡管科學發展進程非常快，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了單分子磁性自旋態控制；成功設計并實現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了單分子電致發光；揭示出氧化物表面光催化分解水的微觀機制等。

　　“我們能取得現在的成績，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，協作是全方位的，貫穿了整個團隊發展的始終。每一次新的發現，都是整個團隊共同協作和努力的結果。”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展，然后不斷提升創新研究能力的過程。

　　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新集成和知識的融會貫通。”董振超說。

　　“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，就會出現新的信息，這樣會反過來促進對一些現象新的理解，進而推動科研向前發展。

　　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。

　　“比如單分子拉曼成像技術，其最主要的優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，另一方面也從國家整體需求出發，在進行科學探索的同時，關注國家戰略方向。”王兵說。