等离激元增强光谱：单分子荧光及光与物质的相互作用

李剑锋教授课题组在等离激元增强单分子荧光的研究中取得阶段性进展。相关研究成果以“Elucidating Molecule-Plasmon Interactions in Nanocavities with 2 nm Spatial Resolution and at Single-Molecule Level”为题在线发表于Angew. Chem. Int. Ed.（DOI: 10.1002/anie.201906517）。

等离激元纳米光腔可以将光场局域在纳米尺度内，从而极大地增强和调控位于纳米腔内的分子与光的相互作用。这种纳米尺度的相互作用将显著改变分子的性质和发光过程，如加速或抑制分子的发光速率、调制分子发光频率和谱形等。为了深入理解纳米尺度下等离激元与分子之间复杂的相互作用，需要对等离激元光腔、分子以及二者相互作用进行精细调控，这仍是一个重大的挑战。

本研究通过构建Ag纳米立方体/聚合物/平滑Au膜光学纳米空腔结构，结合分子在腔体中的空间位置的精确调控，在常温常压下成功地实现了分子与等离激元相互作用的操控。借助表面增强拉曼（SERS）和表面增强荧光（SEF）信号强度梯度，验证了在纳米间隙（10 nm）内限域光电场的空间不均匀性。此外，通过高局域电磁场获得了单个分子增强的荧光信号，发现在室温下单分子荧光的发光在±7 meV 范围内随机变化。该现象是来自限域等离激元纳腔中分子和纳腔的自相互作用。计算表明当分子与腔体相对位置发生随机变化，其荧光能量可以在±6 meV内发生变化，与实验结果相吻合。

该研究工作在李剑锋教授指导下完成。博士生张凡利和易骏博士（已毕业）为论文共同第一作者。硕士研究生彭微、博士后Petar M. Radjenovic、 张华副教授、田中群教授参与了部分工作。该工作得到国家自然科学基金、高校基本科研业务费等资助。

论文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/anie.201906517

编辑:郑振曦