分子尺度材料构筑、性能控制及界面相互作用研究

在分子尺度对材料结构构筑以及对材料结构界面相互作用的研究，是深入理解和探索新材料及材料结构、性能的独特途径，将为"自下而上"（bottom-up）技术提供科学基础和技术途径。本项研究将从分子轨道波函数层次着手，围绕分子尺度材料结构精细构筑、物性检测和控制、界面相互作用等，探索其电子态和自旋态调控、电子-空穴分离和复合等量子效应，以期发现和构造量子功能材料单元。主要内容包括：i）通过有目的设计构筑分子尺度的材料结构, 探索具有特殊结构的分子，结合选键化学方法等对其结构修饰或改造，调控其电子态和波函数分布从而调控其电子输运性质；构造分子尺度的磁性纳米结构，探测单自旋与分子轨道的耦合及自旋激发态的退相干过程；ii）研究分子材料结构的局域电荷转移机制；iii）探索分子尺度的微观化学反应机理，理解其中电荷转移和能量传递过程；iv）拓展STM与其它检测技术相结合的高分辨、高灵敏的量子检测和操控技术。

本项目紧密围绕研究目标、严格按照研究计划和研究内容开展和实施，在分子尺度材料构筑、性能控制及界面相互作用等多个方面取得了一系列有影响力的创新研究成果，主要包括：在国际上首次实现亚纳米分辨的单分子光学拉曼成像（Nature 2013, 498, 82）；分子间相干偶极耦合的实空间直接观察（Nature 2016，531，623）；纳米尺度上不同分子的化学识别（Nature Nano. 2015, 10,865）;超薄Bi膜的表面态朗道能级和自旋电子态探测 (Nat. Commun.2016, 7, 10814 );石墨烯有序晶界的范霍夫奇异性(Phys. Rev. Lett. 2014,112, 226802);澄清了锐钛矿二氧化钛高活性(001)面的表面结构、催化活性及微观机制（Nat. Commun. 2013, 4, 2214）。自2012年至今（截至2016年12月底），项目组已在Nature（2篇）、Nature Nanotechnology（1篇）、Nature Communications（2篇）、Phys. Rev. Lett.（1篇）、Adv. Mater.（1篇）等重要SCI期刊上发表论文30余篇，其中一项成果入选2013年度中国十大科技进展新闻（实现最高分辨率单分子拉曼成像）和2013中国科学十大进展（基于等离激元增强拉曼散射的单分子化学成像），并荣膺2013年度中国分析测试协会科学技术奖（CAIA奖）特等奖，填补了该奖项特等奖自2001年来连续12年的空缺；多项成果引起国际影响和广泛关注、并被国际知名的科技杂志和媒体多次撰文介绍和评价。本项目已有1位骨干入选国家“万人计划” 中青年科技创新领军人才。