近日，我院材料物理研究所金刚石光电材料与器件团队在国际知名物理类期刊《Physical Review B》上报道了题为“Optomechanical effects in nanocavity-enhanced resonant Raman scattering of a single molecule”的理论工作，研究了颗粒-薄膜型金属纳米腔增强单分子共振拉曼散射中的光力效应。我院2020级硕士研究生申炫铭为第一作者，我院教师张元副教授、单崇新教授和西班牙CSIC材料物理中心Javier Aizpurua教授为共同通讯作者，郑州大学为第一单位。

图（a）为颗粒-薄膜型金纳米腔增强单个亚甲基蓝分子共振拉曼散射的示意图；（b)激光与分子激子、纳米腔间隙表面等离激元双共振时，不同激光功率下共振拉曼散射和荧光光谱；图（c)为一阶、二阶斯托克斯和一阶反斯托克斯拉曼散射以及荧光强度随激光功率的变化。

表面增强拉曼散射指位于金属纳米结构附近分子的拉曼信号增强效应。这种效应的主要贡献是金属纳米结构对周围电磁场的增强。通常处于电磁场热点附近分子的拉曼散射可被增强十几个数量级。增强的斯托克斯散射导致的振动泵浦可与热振动激发竞争，从而导致反斯托克斯拉曼散射随激光强度的非线性增强现象。振动泵浦早期研究受到定量估计泵浦速率困难的阻碍。为克服这个问题，近年来，M. K. Schmidt等人和P. Roelli等人受到腔光力学的启发，发展了一种描述非共振拉曼散射的分子光力理论。除了振动泵浦，分子光力理论还允许研究许多新奇的物理效应，如非线性增长甚至发散的斯托克斯拉曼散射（对应于腔光力学中的参量不稳定性)、集体光力学效应、高阶拉曼散射和光弹簧效应。

迄今为止，对分子光力的研究大多集中在非共振拉曼散射上。由于这种散射通常很弱，通常需要很强的激光激发才能观察到光力效应。为了降低所需激光强度，在本文中，我们将金属纳米腔与分子共振效应相结合来增强分子的拉曼散射，发展一个量子主方程理论来描述颗粒-薄膜型金属纳米腔中单分子增强共振拉曼散射，该理论在开放量子系统理论的框架内结合了宏观量子电动力学和电子振动相互作用。通过结合经典电磁模拟和含时密度泛函理论计算，研究了接近实验的颗粒-薄膜型金属纳米腔中单个亚甲基蓝分子的增强共振拉曼散射。通过模拟，研究不仅确定了实现传统光力效应的条件，如振动泵浦、斯托克斯和反斯托克斯散射的非线性效应，而且还发现了许多独特的效应，如激子布居饱和Mollow三重边带和高阶拉曼散射。总之，该研究可指导共振拉曼散射中光力学效应的进一步研究。

该工作得到了国家自然科学基金、西班牙科学与创新部等项目的资助。全文链接：

https://journals.aps.org/prb/accepted/4907fOa6Kdd18d45f0bf70e417b4c56da4c2d97ae