康斌/徐静娟团队:光电界面载流子演化的时空分辨测量

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光电界面携能载流子的时空演化与能源、催化和传感等领域紧密相关，是近年来物理、化学和材料等领域的研究热点之一。载流子的迁移、分布和弛豫是影响材料功能的关键之所在，因此，利用高时空分辨成像技术观测载流子时空演化对于新型材料基础研究和应用均具有重大意义。然而，极微弱载流子信号的测量是学界公认的难题。总体而言，国内外尚无成熟的仪器装置能够有效实现瞬态信号放大，直接“看见”少量载流子仍是巨大的挑战。
        近日，南京大学化学化工学院生命分析化学国家重点实验室康斌/徐静娟团队结合飞秒泵浦-探测技术和干涉散射显微术，研制成国际上首台飞秒干涉散射显微镜（Femto-iSCAT），并成功获得发明专利授权（专利号：202110510123.X）。该仪器作为一个通用测量平台，实现了超灵敏、高通量观测各种材料中的载流子迁移、分布和弛豫动力学。通过干涉放大效应和空间光场调制，瞬态图像对比度相比于传统方法提升了2个数量级以上，可探测极微弱载流子信号，从而有利于揭示超导材料、二维材料及新型光电材料中的稀奇科学现象。

图1. 飞秒干涉散射成像原理

        随后作者展示了Femto-iSCAT的一系列极具挑战的应用场景，包括常用光电器件如金属薄膜、硅基半导体和钙钛矿太阳能电池中的界面载流子/热扩散迁移，单个等离激元微纳颗粒中的不均匀热电子分布和弛豫，以及二维材料中的载流子/激子在边缘态的独特动力学。Femto-iSCAT相比于传统瞬态显微镜，极大拓展了材料的适用范围，以极高灵敏度和检测通量实现了载流子时空演化的多功能成像，助力界面能量和载流子转移等超快过程的研究。
       该工作以“Decrypting Material Performance by Wide-field Femtosecond Interferometric Imaging of Energy Carrier Evolution”为题，于2022年7月22日发表在Journal of the American Chemical Society（美国化学会志）。博士生吕品田为该论文第一作者，康斌副教授和徐静娟教授为论文通讯作者，陈洪渊院士对该工作的研究思想做出了重要指导。该工作得到了国家自然科学基金、南京大学卓越研究计划、南京大学生命分析化学国家重点实验室自主研究课题等资助。
        文章链接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.2c05735
        DOI：https://doi.org/10.1021/jacs.2c05735
            文章来源：南京大学
        徐静娟：女，1968年生，南京大学化学化工学院教授、博士生导师，国家杰出青年科学基金获得者；现任分析化学学科副主任，生命分析化学国家重点实验室副主任，国家自然科学基金委员会第十三、十四届化学科学部专家评审组成员，《化学学报》、《分析化学》、《分析科学学报》、《中国无机分析化学》等刊编委。1990年毕业于武汉大学化学系；1997、2000年在南京大学分别获得硕士和博士学位。2000年起在南京大学化学系任教。2006年晋升教授；2007年入选教育部“新世纪优秀人才支持计划”；2010年获得国家杰出青年科学基金资助；2013年获得中国青年女科学家奖；2014年入选英国皇家化学会会士；2014获批教育部长江学者特聘教授。2007/2008年度美国Cornell University访问教授。研究方向为生物分子界面行为与传感，主要研究领域为电化学、光电化学、电致化学发光和微纳流控分析。已发表SCI论文230余篇，研究成果被SCI刊物他人引用7000余次； h-index为47；撰写专章6章，授权专利10件。曾获国家自然科学奖二等奖1项（2007）、教育部自然科学奖一等奖两项（2006；2001）。      
          康斌，南京大学副教授。2005年毕业于南京航空航天大学应用化学本科。2011年获南京航空航天大学-佐治亚理工学院联合培养工学博士学位。2011-2014年期间在佐治亚理工学院从事博士后研究。2015年1月起在南京大学工作，2017年1月起任副教授.研究兴趣为，发展高时空分辨的化学测量学方法、技术及装置，揭示微观化学及生物体系中电荷传递、能量转移、物质输运等瞬态物理化学过程及其动力学。