和谐光谱学的诞生

2008.04.07

什么是“和谐光谱学”？

今天上午研究小组例会。

学生们说，我们用于研究界面物理化学的界面和频振动光谱（Sum-Frequency Generation Vibrational Spectroscopy－SFG-VS）与光学二次谐波（Optical Second Harmonic Generation－SHG）的非线性光谱学实验方法是否可以与时俱进地称作“和谐光谱学”。

关于表面非线性光学的历史发展，本领域的开创者沈元壤先生有一个很不错的综述。题目是Surface Nonlinear Optics: A Historical Perspective。（全文链接：YRShenSurfaceNonlinearHistorical.pdf）

所谓“和谐”，刚好是从“和频振动光谱”和“光学二次谐波”的名称中各取一字。这个名词很有创意，所以赶紧拿出来与大家分享。

以后本人干脆就自称“和谐光谱学家”，岂不妙哉！

无巧不成书

更巧的是，从SHG和SFG中取出H和F两个字母，正好是本人的名字HongFei缩写。H和F也正好是我一直最崇拜的Alexander Hamilton和Benjamin Franklin二人的姓氏的缩写。Hamilton是哥伦比亚大学最早的校友，Franklin是宾夕法尼亚大学的创始人，两人都是美国的开国元勋，都是创建美国宪法过程中的关键人物。

表面科学家Franklin

大家都知道，Franklin是了不起的百科全书式的人物和伟大的科学家。但很少人知道他也是最早进行表面科学研究的先驱。

除了著名的风筝闪电试验之外，Franklin1772年夏天在英国伦敦的Clapham Common的一个小湖上进行了一个载入表面科学史册的实验。他把一茶匙的油倒在湖面上，这些油很快就覆盖了半英亩左右的湖面。据说那段时间Franklin经常在不同的地方向别人演示这个实验。1774年，Franklin在英国皇家学会的会刊Philosophical Transactions of the Royal Society of London上发表了报道用油膜阻止水面波浪形成的实验研究，标题是Of the stilling of waves by means of oil。（Benjamin Franklin,“Of the stilling of waves by means of oil,”Philosophical Transactions 64 (1774) 445-460: 448.）这篇论文发表以后立即就有不少人跟进，进行防止波浪的研究。

Franklin做实验的伦敦Clapham Common小湖

100年后，Rayleigh爵士和Agnes Pockels根据Franklin的实验进行计算，发现油膜的厚度大概是1个纳米左右，因而知道了油分子的长度应该小于或等于1个纳米。这是最早的对分子尺寸的实验计算。Rayleigh爵士大家都很熟，不用介绍。Agnes Pockels就是当年那个在自家厨房的水槽中做实验测量肥皂泡的表面张力在Nature上发表论文的家庭主妇。

Franklin的油膜，现在叫做Langmuir单分子膜。Langmuir在20世纪初对Langmuir膜中分子结构的研究，以及其他表面化学的研究，奠定了现代表面化学的基础。Langmuir后来获得了1932年的Nobel化学奖。

1989年Charles Tanford出版了一本200多页的关于单分子膜和生物双层膜研究历史的书，书名为：Ben Franklin Stilled the Waves: An Informal History of Pouring Oil on Water, with Reflections on the ups and Downs of Scientific Life in General。《美国历史杂志》（Journal of American History）上还有一个该书的书评。（书评全文链接：BenjaminStilledTheWaves.pdf）

我们研究组一直在用“和谐光谱学”方法测量单分子膜中的分子结构细节和研究分子膜中的相互作用与变化规律，最近颇有些新结果和心得，大部分正在整理过程中。

这都是托“和谐光谱学”的福！

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