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增强拉曼光谱专 题报告。讲座中，任斌教授、张顺平副教授和郭云昌博士分享了他们的科研经验和研究进展，提问环节大家也积极响应。让我们一起来看看老师们都回答了哪些问题吧~

问答集锦-张顺平副教授

1、二维材料的激子波函数是二维的话，dipole在平面内，而量子点的dipole是不固定的，那么二维材料里面的dipole在微腔中是不是容易操纵和耦合？感觉量子点需要三维微腔confine。

你考虑得很细致。二维TMD材料的偶极矩基本是面内的，所以确实设计起来确定一些，不像量子点一样难以控制它的朝向。TMD很好的一点就是跟微腔和纳腔都可以耦合，盖上去就行，所以比较容易操纵。量子点倒也不一定要求三维微腔，但是把量子点放在场最 强的一点就很难，不管是微腔还是纳腔。

2、条纹相机现在Hamamatsu的在国内还是禁运吗?时域时间分辨率instrumental有多少，你们也用时间分辨测过寿命和SEF结果进行比较吗?             

在国内可以买得到，一般的时间分辨率在1-5ps。22-280fs完全在现有仪器的响应范围外，我们有的仪器也就是TCSPC大概能测几十ps的发光，已经是仪器极限了。

3、中耦合和强耦合下的pl-exciton性质会有什么区别？           

没有区别。中等强度的时候我们也得称之为plexciton，因为反交叉曲线已经出现。不过文献中习惯用Fano interference, Fano dip, induced transparency等术语来描述这个区域。当时许多有意思的结果会在这个区域出现，比如说比较灵敏，就跟Fano resonance经常用于sensing一样。

4、 weak coupling和strong coupling的区别就是有没有新本征模式polariton吗？

可以这么说，这是最 重要的。只不过实际中我们需要用一些具体的数值做判据来描述。

5、Q和V的物理含义怎么理解？                                                 

Q是一个共振峰的品质因子，是一个峰的峰位omega除以峰宽delta_omega，Q越高，代表着在光子离开腔之前在腔内走完一整圈的圈数越多。V是腔的体积，相当于光场所处的空间。

6、强耦合在光谱上有什么表现？                                               

光谱上会出现拉比劈裂，一个峰变成两个。

7、纳腔与壳增强SHINERS的区别？                                          

SHINERS是厦门大学田中群老师课题组发明与命名的一种技术/方法，主要一点是在金属纳米颗粒上包裹一层介质保护层，可用于隔离金属与分子之间的接触、控制金属结构之间的距离等，它的本质还是用等离激元的近场去增强分子的光谱，跟纳腔增强光谱道理是一样，你可以理解为SHINERS是用一类特殊一点的（颗粒外面有包裹的）纳腔去做增强拉曼光谱。纳腔是统称所以可以把光束缚到纳米尺度的光学结构。两者说的就不是一回事，一个是一项技术，一个是一大类光学结构的统称。

8、能否讲解一下共振模式下等离激元诱导热电子与二维材料激子相互作用？

我本人没有开展热电子的研究，北大方哲宇老师那里有很类似主题的。等离激元衰减成热电子与激子的相互作用会有一些新现象产生，但要真正理清楚里头的过程我相信很不容易，就跟所有“等离激元热电子”话题的文章一样，很难以去真正指认到底是热的贡献还是热电子的贡献，原则上是一个超快动力学过程。而且，这种复合体系还有doping问题、应力问题、费米面钉扎的问题，研究“机理”问题还是挺困难的。但是开展应用还是很有趣的，比如催化。

9、MoSe2的拉曼增强有没有共振增强的贡献？                        

非常好的问题。当然有，不过我们大致估算了一下，带来的影响还不会大到影响我们的结论。考虑共振拉曼的话其实模型就要加一些修正，你可以参考Khurgin教授他们的 Phys. Rev. A: 2012, 85, 063410。

10、请问如何可以准确地得到SPR的峰呢？                              

测量暗场散射之后拟合得到峰位。要非常准确的话就重复很多次测量，我们工作里头为了测得比较准，我们重复50次，那样误差显著降低。

11、探针在纳腔缝隙的SERS信号检测对激发光入射角度和散射信号收集角度有什么特殊要求吗？

有，为了增强 效果比较好，激光是斜入射的，我们用的是80度（与衬底法向夹角），这样纵向场分量比较强，增强 效果明显。收集没有特别高的要求，因为这个纳腔体系的信号发射方向大概在60度达到最 大值Nano Lett. 12, 2088 (2012)，在一般100短焦物镜的收集范围内。

12、可以谈一下这个体系的发展前景吗？                                 

发展纳腔量子光学，开发可集成纳米光电器件，包括超高速发光器件，验证一些极端光场环境中的相互作用基本规律。

13、ultra smooth Au 是如何获得的?                                       

要模板法，这个方法已经很成熟了。见Science 2009, 325, 594−597。

14、您刚刚讲的计算纳腔辐射速率的方法是仅限于金属纳腔吗？介质纳腔可以这样计算吗？

可以，物理模型没有区别。

15、如果现在ters的picocavity理论是对的，是否有可能看到强耦合？

如果他们是对的，一定可以强耦合。现在在纳腔都已经强耦合了，pico的话就更显著了。理论观点我没有疑虑，这个共振+lighting-rod在之前Javier在一个 Nano Letter上就提出过了，可以做得很小。但对他们Science 2016，我个人对他们的观点保持中立，因为我没有看到足够多的排除实验，也就是说有可能实验和理论是俩回事。

16、按照理论，控制偶极矩方向可以改变耦合的速率，目前也有工作利用多种方法控制分子取向，请问怎么样理解跃迁偶极矩的方向？

你想象一个电子和一个空穴，电子在A位置，空穴固定在B位置，光场要去扰动他们使得电子移动一个位移矢量r去和空穴发生复合，那么这个位移r（乘以电荷）就是跃迁偶极矩。如果能够控制分子朝向，那么就能控制你想要利用的跃迁偶极矩的朝向，比如某个电子跃迁峰，或者红外吸收峰（振动）。

17、如果在两个金属纳米颗粒间放置许多提供增益的分子（间隔可相对大些）能实现激光吗？

我们实验室内部做过一些尝试，理论上是有可能的，我自己简单估算过。但现实实现起来非常困难，特别是你需要一个增益系数高的材料，特别是增益材料的非辐射跃迁必须抑 制，否则很难。

18、荧光性能增强时，什么方向的研究适合从激子寿命、荧光强度、荧光寿命角度来讲？这几个角度兼容吗？

研究半导体物理或微腔发光（物理、光学）的时候适合从激子寿命角度来讲，做荧光检测、荧光传感器（化学、生物）的时候适合从荧光强度角度来讲，做分子/量子点等荧光分析（化学）的领域经常使用荧光寿命的术语。从物理的角度来看，这几个量有直接的联系，都是通的，兼容的。

19、为什么纳腔当中放的大多是TMDs，能不能用graphene？

当然可以用graphene,13年剑桥大学和国内一些大学用它作为隔离层，因为它更薄。但是它没有明显的面内和面外就不容易测量，另外做暗场散射时很困难。

20、为什么不可以用扫描近场探针直接检测纳腔中的近场？    

不管是拉曼还是TERS技术，大家可以想象针尖尖 端最 尖是几个原子，那么V字形的针尖很快就能长到比如10nm左右，这样的尺度根本就不可能去探测1nm以下的Nano gap。

21、二硫化钼的面内和面外振动，你说这个面内的对横向电场，面外的对纵向电场。可是我们实验发现对于纵向电场下两个特征峰都比横向电场强好几倍，而不是两个峰之间的区别。

面内对应的是横向场，面外对应的是纵向场。对于实验发现位于纵向场的两个特征峰都比横向场强好几倍，面外极化率α基本上由内外电场贡献，而面内的极化率刚好对应纳腔中横向电场，所以实验中最 好是比较强度。不过我透露一个消息，我们当时计算出的面内增强比我们实验测量的要小很多，纵向的和理论吻合得相当好，我们讨论下来认为是硫化钼使纳米颗粒的边上产生褶皱导致面外激发面内的拉曼振动。

22、荧光分子吸附到金属表面后，什么情况下会发生荧光淬灭，什么情况下是产生荧光增强？

这个问题很有代表性，这也是很多刚进入这个领域的同学有困惑的原因。猝灭大概可以归因为两种物理过程，一种是电荷转移，另一种是能量转移。电荷转移指金属和一个分子连接在一起，分子激发到激发态之后，电子注入金属中，能量进入金属内部就不会发出光子，这就是猝灭。能量转移就是金属和分子可以不直接接触，它们可以靠得很近但电荷不会转移过去，还是偶离子，偶离子会发生金属内部非常高损耗的模式，不会辐射光子。这两种原因都有一个共通的特点，就是分子和金属要靠得非常近，在实验中分子和金的距离缩小到0时，会发现荧光一直在增强，到10nm左右时增强较大但猝灭还不太明显。

23、为什么在不同的文献中，强耦合条件表达的方式不同？

同学们刚开始读文献时也会产生困扰，事实上文献的表述都不是大家公认的，因为原则上强弱相互作用本身就没有明确的标准，就是连续变化的。只要观察到反交叉行为时就要用强耦合来描述，这很关键。

24、老师能讲一下光，磁场的计算模拟吗?                               

解完方程后，磁场和电场可以一起得出。可以搜一下计算电磁学相关的软件。

25、请问老师为何在纳腔中，二硫化钼的A1g拉曼峰发生了明显的位移？

因为金属和二维材料接触，导致拉曼峰变化和定位的不同。

26、请问荧光增强和拉曼增强有关联吗？是不是荧光增强最 强的的时候荧光增强也最 强?

我讲的第三个工作讲的就是荧光增强和拉曼增强的关联。一般情况下荧光强的时候拉曼也强（就如我们Nano Lett. 19, 6284 (2019)中的图3c）。但是可在某些情形，比如有同学问的什么时候出现荧光quenching的问题的时候我讲的，当荧光和金属靠得很近的时候，那么SERS依然很强但荧光就很弱了。徐红星老师的PRL 93, 243002 (2004)这个文章专门介绍了这个问题。

27、纳腔的衰减非常快，是否意味着腔的Q值也非常低？从散射光谱线宽是否也可以估计衰减速率？Q值与腔体积V如何平衡？

是的，意味着纳腔Q值很低。从散射谱可以直接估算等离激元本身的衰减速率，不过不能估算纳腔旁边的emitter的衰减速率。Q值和体积V正好对应微腔和纳腔的两类体系增强光-物质相互作用的思路，Q/V是真正决定因素，现实中两者的取舍更多的是考虑emitter适合什么，要实现什么功能。比如需要长相干时间，那么就不能选纳腔。如果只是追求亮度，两者都能做到。

28、辐射跃迁寿命Tr跟腔长有关吗，您在25页测的这个20-280fs就是变化的寿命吗？

一般情况下，辐射跃迁寿命跟腔长有关。在我们的系统里，这个寿命是主要是决定于等离激元共振与激子跃迁之间的波长差决定的。是的，22-280fs是纳腔中二维材料激子的寿命，等离激元与激子波长对上的时候达到最 小的22fs，没对上的时候二维材料寿命更长。

29、您刚才说金属与纳米距离小于10nm会淬灭，那您的那个体系里面小于 10nm，怎么还有这么强的荧光?

问的非常好。我说10nm是对应一般分子，TMD体系比较特殊，它自身的跃迁强度很强，所以它发生猝灭的距离很小，要到1nm左右才观察到比较显著的猝灭。

30、当gap到3nm以下了，还用经典的麦克斯韦方程解吗？     

我们的工作就是证明在1.2nm间隙的时候麦克斯韦方程组依然可以适用，不需要做修正。0.6nm的时候量子效应就比较明显了，需要做修正。

问答集锦-郭云昌博士

1、侧向耦联拉曼，侧向角度范围是多少？                                

一般是60°-65°

2、SERS与TERS监测拉曼有何区别，液相原位不是用SERS监测吗?

任老师的报告中也讲了很多SERS和TERS的区别，不管SERS还是TERS都可以做液相增强，比如我在报告中提到的细胞等都是在液相中做的研究。

3、请问你们商用系统找热点的时间是多长？                           

商用系统配置较全时，需要自动激光对准和自动搜索热点和自动物器扫描器，但还是不能保证１５－３０分钟就能找到热点，因为这还取决于针尖的增强 效果。

4、探针与光斑的同步移动是如何解决的？                               

找热点的过程中，探针到热点也就是AFM到光斑是固定的，所以同步移动没有问题。

5、应聘职位对博士期间的研究方向和专业有要求吗？              

需要具备AFM的工作经验并且对拉曼有一定的了解。