我国学者在三线态光化学的量子相干调控研究方面取得进展

图 量子点-分子杂化自由基对的光化学相干调控原理，强磁场（7 T）下直接观测到自由基对的量子拍频（证明其量子相干特性），以及基于量子相干实现了自由基复合动力学的高效磁场调控

　　在国家自然科学基金项目（批准号：22173098）资助下，中国科学院大连化学物理研究所吴凯丰研究员团队在光化学自旋调控研究中取得新进展。基于量子点-有机分子构成的杂化自由基对的量子相干特性，实现了三线态光化学产率的高效磁场调控。相关研究成果以“量子点-分子杂化体中的光化学三线态生成的相干调控（Coherent manipulation of photochemical spin-triplet formation in quantum dot–molecule hybrids）”为题，于2025年1月6日发表在《自然·材料》（Nature Materials）上。文章链接：https://doi.org/10.1038/s41563-024-02061-1.

　　光致电荷分离之后会生成两个自旋关联的自由基，被称为自由基对。自由基对具有单线态和三线态自旋构型，两者之间的相互转换是一个量子相干过程。该转换过程可通过施加外磁场进行调控，然而其磁场效应普遍较弱，且很难获得普适性的调控规律。

　　上述研究团队构建了II-VI族量子点-茜素分子杂化体系，基于磁场调制的飞秒瞬态吸收光谱及量子动力学理论模拟，系统揭示了杂化自由基对三线态复合动力学的相干行为。不同于人工制备的纯有机自由基对的朗德g因子差异（Δg） 约为 0.001~0.01，所设计的量子点-分子杂化体系可通过调节量子点的尺寸与组成实现 Δg 在0.1~1之间的大范围调控。在巨大 Δg 的作用下，研究团队直接观测到了自由基对在不同自旋量子态间的相干拍频，进一步在室温下实现了自由基对三线态复合动力学的高效磁场调控，即1.9 T磁场下的三线态产率较0 T下产率的提升程度高达400%。更重要的是，团队将磁场效应与稳态光化学反应相耦合，实现了β-胡萝卜光化学异构化反应的磁场调控。理论模拟结果、磁场调制的瞬态动力学、稳态光化学反应速率三者高度一致，印证了磁场相干调控的可靠性。

　　该工作在国际上首次清晰阐明了杂化自由基对在光化学反应中的“量子优越性”，实现了光化学三线态过程的高效磁场调控。