到目前為(wei) 止，許多科學家已經使用基於(yu) 激光的光譜技術來研究激發態。盡管如此，由於(yu) 其在所謂的衍射方麵的局限性，他們(men) 無法使用激光來檢查納米級材料。另一方麵，應用於(yu) 能夠以原子分辨率觀察物質的電子和掃描探針顯微鏡的光譜測量方法仍然不發達。

來自理化學研究所、日本科學技術振興(xing) 機構 (JST)、東(dong) 京大學和日本其他研究所的研究人員最近開發了一種激光納米光譜技術，可用於(yu) 檢查單個(ge) 分子。發表在Science雜誌上的一篇論文中提出的這項技術可以為(wei) 各種新技術的開發開辟新的可能性，包括發光二極管 (LED)、光伏和光合電池。

“在原子水平上觀察物質並直接研究物質的激發態性質是非常困難的，這一直是能量轉換研究的障礙之一，”開展這項研究的研究人員之一 Hiroshi Imada表示。在這項研究中，研究人員將掃描隧道顯微鏡 (STM) 與(yu) 激光光譜相結合，以同時實現高空間分辨率和能量分辨率，從(cong) 而以前所未有的精度揭示分子的本質。

Imada 和他的同事開發的技術利用激光以由激光能量確定的明確定義(yi) 的頻率驅動在 STM 尖端和金屬基板之間的納米級間隙中形成的局部等離子體(ti) 的電磁場。等離子體(ti) 場的橫向尺寸直徑約為(wei) 2nm，比傳(chuan) 統光學器件中的最小光斑小兩(liang) 個(ge) 數量級。該場用作納米級單色、可調和移動激發源。

“我們(men) 研究的關(guan) 鍵點是驅動等離子體(ti) 的頻率可以通過調整外部照射的激光來調整，”Imada 表示。“結果證明，精確調諧到分子共振的等離子體(ti) 場在 STM 觀察下可以非常有效地激發單個(ge) 分子，這使我們(men) 能夠以微電子伏特能量分辨率進行納米光譜學。”

雖然 Imada 和他的同事開發的技術基於(yu) 基本的光譜方法，但它可能會(hui) 在納米科學領域開辟新的研究機會(hui) 。事實上，與(yu) 傳(chuan) 統的 STM 光譜技術相比，他們(men) 的方法不利用隧道電子，更類似於(yu) 傳(chuan) 統的激光光譜。

“我們(men) 已經證明等離子體(ti) 場可以是具有 1/100 光斑尺寸的納米級激光光斑，”Imada 說，“我們(men) 預計，基於(yu) 我們(men) 的實驗裝置，隻要引入新的光源，如短脈衝(chong) 激光、頻率梳、同步雙脈衝(chong) 等，就可以實現多種激光光譜學，並具有極高的空間分辨率。

未來，這組研究人員引入的技術可以幫助科學家調整分子係統的能級，從(cong) 而幫助解鎖有機材料中專(zhuan) 門設計的能量轉換功能。與(yu) 此同時，研究人員正計劃研究他們(men) 技術的時間分辨版本。

“眾(zhong) 所周知，時間分辨率和能量分辨率之間存在權衡，但有關(guan) 時間尺度和能級的信息對於(yu) 正確理解激發態中發生的動態過程都非常重要，”Imada 說， “我們(men) 計劃開發與(yu) 這裏開發的精確納米光譜兼容的超快納米光譜，以徹底改變對分子係統能量轉換的理解。”