強耦合是存在於兩個以上系統中相互作用的自然現象. 當強耦合產生時, 其系統在某些方面的特性與原始特性相比將會出現巨大差異, 例如光學響應, 電學響應與振動響應都會在強耦合時發生明顯的改變. 由於現階段缺乏對此類現象的深入研究, 導致其很難充分在實際問題中得到應用. 但強耦合現象時材料特性產生的諸多變化有著很大的應用潛力, 例如目前有研究表明利用強耦合現象可以對生物科技材料的化學反應速率與熒光光譜特性進行改性, 從而滿足所需的要求.
中國科學院寧波材料技術與工程研究所所屬慈溪醫工所Remo課題組與意大利技術研究所 (IIT) , 路易斯安娜州立大學 (美國) 和中國吉林大學多方展開合作, 通過研究改變J-聚合體中 (兩部分組成) 一部分的濃度對強耦合現象的作用, 深入了解強耦合的作用機理. 具體來說, 研究者通過遵循靜態和動態的研究方法, 得到了達到Rabi分裂 (高耦合強度) 的最優條件. 此項研究成果對將強耦合現象由基礎科學轉化為應用科學有著重要的意義, 並為後續的研究提供了指導性的意見. 該研究中, 由動態分析方法得出的結果表明, 建立一套完整的, 可預計此類系統特性隨時間變化的模型對強耦合現象的應用至關重要.
圖1展示了在納米結構器件與J-聚合體分子之間發生的強耦合現象. 圖1 (左) 為納米結構器件的SEM映像, 可以看出在金板表面規律排布著納米孔 (標尺為310 nm) ; 圖片中還包含了器件的示意圖, 納米器件與J-聚合體分子具有相似的波長響應 (約為630 nm) ; J-聚合體吸收峰與吸收峰強度隨濃度的變化規律為, 峰位均在630 nm周圍, 吸收峰強度隨濃度的提高而增加. 圖1 (右) 為J-聚合體與納米器件組合後的吸收光譜圖, 可以看出, 材料本徵的吸收峰消失, 新出現的吸收峰在570-600 nm與650-700 nm之間, 吸收峰位置隨聚合體濃度提高而發生更強的分裂. 近年來, 對於此種分裂的增強機理的研究逐漸成為熱點. 此項研究成果將為後續的研究提供指導性的意見.
該成果已發表在學術期刊Nanoscale上, 標題為The role of Rabi splitting tuning in the dynamics of strongly coupled J-aggregates and surface plasmon polaritons in nanohole arrays (DOI: 10.1039/C6NR01588C) .
圖1 納米結構器件的SEM映像 (左) 和J-聚合體與納米器件組合後的吸收光譜圖
