含硅小团簇分子Si3的激光诱导荧光谱与斯塔克效应研究

The molecular structure and the chemical property study of small cluster molecules containing silicon, Si3, is one of the most important subject in semiconductor research area, and it is a key segment for further study from atomic and molecular scale to nanometer scale, and also is one of the most interesting subject for astronomy physicist. Firstly in this proposal, a pulsed discharge molecular beam source will be used to prepare the target molecule Si3, and the high-resolution laser induced fluorescence (LIF) spectroscopy will be used to detect the LIF excitation spectrum and dispersed spectrum from electronic transition of Si3. The molecular structure will be obtained from the analysis of those spectra. Based on the experimental setup above, two parallel flat electrodes will be used to produce the static electric fields and measured the Stark shift or Stark splliting through LIF spectrum, and the Stark effect of Si3 will be analyzed. The permanent electric dipole moments of electronic states of Si3 could be obtained and the electric charge distribution on the bond of Si3 molecule will be discussed. Through the study of this proposal, we could not only obtain the structure and chemical property of Si3, but also provide valuable materials to astronomy physics, semiconductor cluster study, quantum dot molecule study, and nanomaterial research area.

含硅小团簇分子的分子结构与化学性质研究，是半导体研究领域里从原子、分子尺度跨越到纳米尺度上不可或缺、至关重要的一环，同时也是天体物理学家们非常关注的课题之一。在本项目中，首先，我们拟采用直流放电脉冲分子束源在实验上成功制备获得小团簇分子Si3，利用高分辨激光诱导荧光(LIF)光谱仪，探测其电子态跃迁的LIF激发谱和色散谱，分析获得其相关电子态构型；然后在此基础上，采用平行板电极获得静电场，通过记录分子在静电场下LIF激发谱的分裂或位移情况测量目标分子的Stark效应，获得Si3分子相关电子态的永久电偶极矩值，并分析其化学键上的电荷分布情况。通过本项目的研究，我们不仅能够获得含硅小团簇Si3的分子结构和化学键性质等信息，同时也为天体物理、半导体团簇研究、量子点分子研究、纳米材料等前沿研究领域提供有价值的数据依据。

该项目对Si3小分子团簇的高分辨光谱已及Stark效应的研究计划，未能全部按照原计划进行。中期的研究计划调整为对过渡金属硫族化合物，例如氧化钴（CoO）、硫化钴（CoS）等小分子的高分辨光谱及永久偶极矩研究。通过对研究计划的调整，我们获得了氧化钴分子CoO分子E4_7/2←X4_7/2 (1,0)跃迁的一系列低转动量子数的跃迁光谱线，并在此基础上通过外加静电场诱导分子能级Stark分列的方法，记录了Stark效应引起的能级分裂与位移情况。获得了该分子基态（X4_7/2）与电子激发态（E4_7/2 (υ= 1)） 的永久点偶极矩分别为 4.18± 0.05 D和3.28±0.05 D。多种因素促使后期研究开始了对其他领域的探索研究，研究内容逐渐调整为凝聚态领域中对一维半导体微纳结构的光学特性以及光调控研究，并获得多项非常有意义的研究成果，例如基于p-n结半导体纳米线的近红外光探测器、具有高消光比的梯度折射率等离激元环共振器等。在该项目的支持下，发表SCI 收录论文6 篇，申请国内专利1项，参与过本项目的博士毕业生4 名，硕士生3名，已经达到了预期目标。