利用超快二维电子光谱实现物质亚表面的层析分辨

物质的表面区域除了最外层表面之外,通常还包含亚表面.亚表面的分子及电子结构与最外表面存在差异,且能够对表面能量及电荷转移过程产生决定性的影响.因此,具有层析分辨能力的新方法的开发对于表面科学技术发展具有重要意义.尽管光谱学方法可以用于解析分子结构,但是它们的空间分辨率往往远大于分子层间距,因此无法在空间上区分不同分子层.同时,谱线展宽效应使得在频域实现层析分辨也极具挑战,从而阻碍了层间结构演化和能量转移动力学过程的探测、本文讨论如何利用超快二维电子光谱来实现吸收频率和能量转移动力学的层析分辨.通过二维光谱数值模拟,研究了两种层状体系,表面:亚表面:体相,以及附着分子层:表面:亚表面:体相.模拟中预设了由层间耦合所导致的体相到表面的定向能量转移速率.由于激发能量从亚表面到表面的转移时间短于从体相到表面所需时间,因此在某个特定时间窗口内,来自于亚表面的非对角峰信号占据绝对主导,能够被有效提取.模拟结果表明通过分析非对角峰差谱,最外表面、亚表面以及体相的不同激发频率能够得到解析.相对于三层体系,四层体系的非对角峰远离对角峰的干扰,可以更好地实现层析分辨.

量子相干态的二维电子光谱测量的原理、应用和发展

二维电子光谱是一种同时具有高的时间分辨率和光谱分辨率的非线性光谱学方法.它不仅可以对凝聚相分子复杂动力学过程进行直接测量,还可以测量不同电子态、电子态-振动态之间的量子相干过程.2007年,Flemming课题组利用二维电子光谱于低温77 K的条件下在捕光天线蛋白Fenna-Matthews-Olson中发现了能量传递过程存在量子相干现象.尽管后续的实验研究表明,该体系中实验观测到的量子相干现象不可能是由单纯的电子态相干引起的,然而这一实验现象的报道极大地激发了人们对天然或人工模拟光合系统中存在量子相干传能途径的探索,目前还是一个相当活跃的研究领域.本文旨在通过介绍二维电子光谱学原理、装置及其在光合作用体系能量传递中量子相干现象的应用,使二维电子光谱这种实验方法能够在更多的研究领域得以普及与推广.

凝聚相中电子相干态的二维电子光谱测量（英文）

可见光波段的博里叶变换二维电子光谱可用于对凝聚相分子复杂动力学过程的直接测量，包括量子相干现象．本文在对二维电子光谱原理的理解和对其物理本质更为直觉描述间做了一些铺垫，起到普及二维电子光谱的作用．重点阐述了二维电子光谱在测量电子相干态过程中是如何克服来自于量子力学原理的两大限制，即不确定性原理和测量导致的波包坍缩，并最终实现以本征态能级差为量子拍频的相干态测量．重点讨论了纯电子态相干、电子态与单模振动态耦台的相干，以及电子态与多模振动耦台形成的相干态断导致的复杂的量子相干现象．最后简要讨论了区分电子态相干及电子态-振动态耦台相干态的最新实验进展．

基于主动锁相的二维电子光谱方法

二维电子光谱是探测复杂系统激发态相干动力学的重要工具,实现二维电子光谱测试的最大挑战是精确控制多束超短脉冲之间的相位差.本综述回顾了利用主动相位管理方法实现二维电子光谱仪装置,主要包括干涉仪相位稳定、声光调制器进行频率标记和多光频梳等三类方法;结合四波混频、泵浦探测及完全共线等不同构型,能实现高时空分辨及量子跃迁通道选择的二维光谱检测.超短脉冲技术与主动相位调控的结合实现二维电子光谱学方法,为研究激发态相干动力学提供新的机遇.

应用飞秒二维电子光谱中的Stark信号追踪电子转移动力学

二维电子光谱(2DES)[1]是飞秒光化学领域最前沿的实验手段之一,它给出全面而直观的光谱动力学信息,可以非常有效地研究超快能量传递与电子转移的动力学过程[2],例如光合作用的原初步骤——将太阳光能转化为电化学能。光合反应中心(RC)色素-蛋白复合物是实现该光电转化的场所,其中多个色素分子形成电子传递链,转化量子效率接近100%。在应用2DES研究了其超高转化率背后的物理机制[3-4]的基础上,我们最近发现了各电荷分离(CT)中间态的存在会影响色素分子周边电场,导致其发生Stark位移。我们阐明了这些信号的物理来源,定量了Stark位移的数值,并分析了Stark信号的衰减动力学。在此基础上,提出了Stark效应对电子转移速率的影响。该工作也证明了2DES中出现的Stark信号可以用来有效地追踪电子转移的动力学过程,适合广泛应用。

超快二维电子光谱(特邀)

超快二维电子光谱技术在过去二十余年间得到了迅速的发展,并在研究光合作用、光伏材料与低维材料等的激发态布居动力学与相干动力学过程中发挥了重要作用。本综述将首先介绍二维电子光谱在拓展探测窗口与维度方面的技术发展。然后,讨论领域内现存的挑战与未来发展方向:在技术层面,如何降低二维电子光谱的技术门槛以及发展多光谱数据分析程序,是拓展二维电子光谱应用的重要瓶颈问题;在基础研究层面,如何发展新型的二维电子光谱技术,去更好地探测与解析相干调控动力学与极化基元动力学过程,是该领域的另一个关键难题。

二维电子光谱技术进展

傅里叶变换二维电子光谱(即二维电子光谱)是一种探测激发态动力学的三阶非线性光谱技术,近年来,被广泛应用于光合作用、光伏电池、量子点、低维材料与极化基元等领域中,已成为了研究分子相互作用与激发态动力学的重要工具.本文针对二维电子光谱的特点与难点,系统梳理了近二十五年来发展的大部分实验技术,并对其进行了分类介绍.本文首先介绍了二维电子光谱的原理;然后,介绍了其发展过程;接着,对二维电子光谱技术进行了梳理,并进行了分类介绍;最后,文章比较了不同方法之间的优缺点.本文期望通过对技术的系统介绍,让领域内外的读者能更好地理解二维光谱,进而促进该技术的发展,并让其在更多领域内发挥作用.

二维傅里叶变换光谱实验方法简介

二维傅里叶变换光谱是近几十年来发展起来的一种先进光谱技术.与其他超快光谱方法相比,它具有许多优点,并且为研究各种复杂系统提供了巨大的机会.然而,二维傅里叶变换光谱的系统搭建、实验测量和理论描述仍面临许多挑战,从而限制了其广泛应用.近年来,随着超快激光等各种相关技术的发展和革新,二维傅里叶变换光谱方法也逐渐发展成熟,进而大大降低了进行二维傅里叶变换光谱实验的技术壁垒.对于二维傅里叶变换光谱实验装置的光学设计,目前存在许多不同的方法,每种方法都有其自身的优点和局限性.但是目前还没有一个简单的教程可以帮助实验工作者选择搭建其第一套二维傅里叶变换光谱实验装置.因此,本文旨在为计划搭建其第一套二维傅里叶变换光谱实验装置的初学者提供一个简短的介绍.

光合捕光天线系统的进化模式与能量传递

本文试图从几种典型光合系统捕光天线的构造及传能效率的异同中揭示捕光天线在进化过程中遵循的物理法则。以绿硫菌(Chlorobium tepidum)、紫细菌(Rhodobacter sphaeroides)和高等植物的捕光天线为例,力图从低等光合系统的由单纯提高色素捕光效率的单向调节进化到高等植物的捕光效率与光保护的双向调节,揭示捕光天线为适应环境所采用的演化策略。在详细描述传统的光合捕光系统的F?rster传能模型和最近提出的相干传能模型的基础上,阐明捕光天线的功能及传能效率,进而说明光合传能过程中蛋白质参与调节的重要性。