蒋硕 

    副教授 

 

    清华大学物理系

    理科楼B313

    北京 100084 

 

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个人简历

学习经历:
1991北京大学化学系本科肄业
1999美国芝加哥大学物理化学博士学位
工作经历:
1999-2002美国滨州州立大学物理系

博士后

2003-2015清华大学物理系副研究员
2015-今清华大学物理系副教授

教学

大学本科“普通物理3”(清华大学2004秋季学期,2003秋季学期)

研究领域


从事激光光谱学,量子光学的实验研究.首先将分子原子进行不同程度的冷却,(如在超音速冷却中,分子被冷却到几个K的数量级;而在磁光阱(MOT)中,利用光冷却将原子冷却到10-6K甚至10-9K的数量级)再利用激光探求原子分子的结构和动力学过程(超音速冷却光谱技术);或研究原子分子与光的相互作用。  
目前主要研究:

1. 原子系综在量子通信中的应用

传统的量子通信是利用纠缠的光子对,以达到量子态的远程传输和量子编码。但是由于光于物质,如空气或传导光纤,的相互作用引起退相干,导致纠缠光子对品质随传输距离衰减,目前最长距离为百公里左右。因此为实现远距离量子通信,必须利用量子中继器。一个成功的量子中继器必须具备纠缠纯化与纠缠转换,同时还必须可以纠缠存储,而光子对不具备存储性,因此我们将利用原子系综来实现量子中继器。我们的实验方案主要建立在Duan L.M 等在2003年提出的理论模型:

 

上图a是产生Stoke光子的三能级原子系综。图b 是产生原子系综纠缠的示意图。两个原子系综L,R制备在基态,(如铷原子电子基态F=4能级)制备好的两个原子系综再用弱脉冲泵浦光照射,引起Raman散射,产生Stokes/antistokes光子脉冲。弱泵浦光是因为每对泵浦脉冲,要使两个原子系综平均只产生一个前向Stokes/antistokes光子。我们将探测前向的Stokes光子(即与泵浦光同向)。Stokes光子经光通道(如光纤)耦合至分束器(BS),被单光子探测器D1,D2接收。当两个探测器只有一个记录单光子,这时就成功地将原子系综LR制备在一个纠缠态。我们将分四步实现该实验方案:

1)前向Stokes光子的单光子探测;

2)两个原子系综的纠缠,及如何确定纠缠,纠缠退化(即有效存储)的时间;

3)利用多个两两纠缠的原子系综,实现纠缠交换(类似于纠缠光子对的交换);

4)实现量子中继器。

我们拟先利用室温下的原子系综(技术较简单),成功后再扩展到冷原子系综,甚至BEC。(因其会有较长的纠缠存储时间)

该项研究将把量子信息从单纯的光子技术扩展至原子系综,对该领域会产生重要的影响。该项目是在德国Heiderberg大学学者,清华大学讲席教授潘建伟的指导下合作开展。

 

2. 利用超音速冷却激光光谱研究分子的能级结构和动力学过程

该领域是化学物理的一个重要分支。利用超音速膨胀将原子分子冷却到几K的量级,大大简化了光谱,使得高分辨光谱成为可能。这里我们将利用超音速冷却激光光谱研究分子的能级结构和动力学过程,特别是有机分子中电荷转移(Charge Transfer)特性的研究。

光致电荷转移,即利用光将分子激发到某个特殊的电子激发态,在这个激发态上电子重新分布,产生了电荷转移(charge transfer)。在一些分子的电子激发态中,简单的例子如, 在吸电子基团(-CN,-NO2)或推电子基团(-NH2,-OH)取代的苯环化合物中,存在着所谓的Charge Transfer State (CT态)。在这种电子态上,电子的分布可近似用D+-Ph-A-表示。(D:electron donor; Ph:苯环; A:electron acceptor)。分子在这种CT态上有着较高的极性与很强的反应性,在许多光化学,光物理反应中,作为起始步骤,起着至关重要的作用。分子中的CT态在光合作用,分子光电器件(Molecular photonic devices)等领域扮演着重要的角色。比如在光合作用中心,天线分子(一个porphyrin双体)吸收光子,被激发到CT态进而产生电子转移,引发一系列光化学反应。因此了解分子的CT 态,更准确的说是分子中的电子能级结构,特别是某能级上的电子分布状况,对于了解这些重要的光化学、光物理过程,指导光电分子器件的设计,都有着重要的意义。因而对于分子特别是有机分子,如取代的芳香性化合物的电子态中的Charge Transfer特性(包括分子本身及在溶剂环境中)的实验和理论研究,一直是化学物理领域的一个重要课题。这类CT态在取代的苯分子中位于较高的能级,不易从基态直接激发,因而直接实验观测不多。

我在芝加哥大学对一系列取代的苯和萘(单环和双环的芳香体系)的超音速冷却光谱进行了系统的研究,并发现在这些取代芳香化合物中存在着一个能量较低的CT态(见论著部分)。在清华拟将研究推向取代的三元环的Anthracene和四元环的Tetracene体系。这绝非简单的推广,而是巧妙地利用已知的分子结构和对称性,有着深刻的物理意义。在这些三元环和四元环体系中,依据理论计算和我们提出的模型,CT态将具有更低的能量,将会是第一电子激发态。我们计划着重研究吸电子、推电子基团取代的anthracene和tetracene的超音速冷却光谱,再配合以这些分子与溶剂分子(如极性的水,甲醇分子;非极性的氩原子等等)间形成的 Van der Waals complexes 的超音速冷却光谱和分子在溶液中的solvatochromism研究。

这项研究对于了解取代芳香化合物的电子结构,电子能级上的Charge Transfer的特性,理解和完善分子轨道理论,以及推动Ab initio 量子计算,都具有重要的意义;同时也为理解这些有机分子在光化学,光物理反应中的作用,提供必要的数据。

奖励、荣誉和学术兼职

 

 

主要论著

发表研究论文5篇,4篇SCI 
代表论文

1. Jiang S and Levy DH, “van der Waals complex and solvatochromism studies of substituted benzenes and naphthalenes”, J. Phys. Chem. A., 107, 6785 (2003)

2. Jiang S and Levy DH, “Supersonic jet studies on the photophysics of substituted benzenes and naphthalene”, J. Phys. Chem. A., 106, 8590 (2002)