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能量转移过程是光物理和光化学的核心课题之一,它广泛存在于各种天然体系和人造体系之中。分子间能量转移是指能量从供体分子转移到受体分子的过程。它可以经由辐射途径,通过供体分子辐射出的光子被受体分子重新吸收来实现,也可以经由非辐射途径,通过分子间相互作用直接实现,而后者的研究更加引起广泛关注。按照相互作用来源,非辐射能量转移可以大致分为由于库伦作用引起的Forster能量转移和由于电子交换作用引起的Dexter能量转移。而按照相互作用的强度,又可以分为弱耦合条件下的跳跃转移和强耦合条件下的相干激子耦合。非辐射能量转移在人造光收集系统、生物传感器和有机分子半导体（OLED）等新型领域有重要意义。目前对它的研究主要采用光谱分析和超快激子动力学分析等光学探测手段,而由于受到衍射极限的限制,实空间中纳米尺度下分子间能量转移是如何发生的很难通过传统的光学方法研究。扫描隧道显微镜（STM）由于其超高空间分辨能力在表面科学和单分子科学中起着重要的作用,而将STM与光学探测手段结合的STM诱导发光（STML）技术可以实现超过衍射极限的光学分析能力。在本论文的工作中,我们利用高度局域化的STM隧穿电子激发脱耦合的单个分子,并利用纳腔等离激元场的增强效应,得到了亚分子尺度分辨的单分子辐射信息,并进一步以STM单分子操纵和STML为工具,研究了分子二聚体之间相干偶极耦合的方式以及分子多聚体的集体态的辐射特性。此外,我们还在单分子尺度上初步研究了供体-受体异类分子之间的能量转移过程。木论文的主要工作分为以下四个部分:在第一章中,我们介绍了本论文所做工作的研究背景和技术基础。首先,我们简要介绍了分子激发态的失活途径以及分子间能量转移的类别,以及能量转移在新型产业中的重要作用。然后,我们介绍了 STM的工作原理和STML的研究历史和现状。最后,我们描述了实验中所使用的仪器设备和本论文的主要实验内容。在第二章中,我们首先介绍了单分子电致荧光的实现方法。我们采用多层氯化钠（NaCl）岛作为脱耦合层,隔绝单个锌酞菁（ZnPc）分子与金属衬底之间的直接电荷转移并削弱二者之间的偶极相互作用,并使用银针尖和银衬底保证合适的纳腔等离激元模式和强度,用隧穿电子激发分子,实现分子荧光的增强和输出。由于隧穿电子的高度局域性,我们可以得到具有亚纳米分辨能力的分子发光的实空间的能量分辨光子图,光子图的图案反映了分子跃迁偶极的信息。通过发光光谱的偏压依赖关系,我们分析单分子STML机制在小偏压下是散射机制,在大偏压下为注入机制。单分子电致荧光的实现使得我们研究分子间相互作用以及分子与等离激元作用成为可能。随后,我们通过STM操纵构筑了 ZnPc分子二聚体,并测量其STML电致发光特性。从分子单体到分子二聚体,辐射光谱从单峰结构劈裂为5个峰,且对应的不同能量的实空间光子图的图案各不相同。结合理论计算和模拟,我们发现峰位劈裂来源于相干的分子间偶极-偶极相互作用产生的不同能量的激子态,而二聚体中不同激子态的实空间光子图反映了不同取向和不同相位的跃迁偶极耦合模式及其在纳腔中的局域辐射特性对于针尖位置的依赖关系。这是第一次在实空间观察到分子间相干激子耦合的形式,对于研究分子间能量转移,构建人工光收集体系和分子量子光源提供了思路。在第三章中,我们构筑了具有更多分子单体的ZnPc分子链,并研究集体态的辐射性质。首先,我们关注能量最低的共线同相超辐射模式的辐射特性。通过对实空间光子图的分析,我们认为分子链已经可以看作一个相干体系,超辐射激子态离域在每个单体分子上。我们利用HanburyBrownandTwiss（HBT）装置测量了分子链的超辐射态发射光子的二阶相关函数,结果表明辐射的光子具有单光子性,这是第一次在实验上观察到确定的分子体系的单光子超辐射行为。进一步对辐射的峰位和半峰宽分析符合对于离域激子态的预期,而STML体系由于其特殊性也表现出和传统光学测量不完全一样的展宽变化规律。随后,我们又研究了超辐射模式之外的分子相干激子态的其它辐射模式。通过对不同模式峰位的分析和实空间光子图的实验和理论对比,我们也观察到了分子链其它相干耦合模式的特征。我们的结果为分子体系在量子信息领域的应用提供了有用的信息。在第四章中,我们利用单分子STML技术研究异类分子之间的能量转移过程。首先,通过异类分子二聚体的STML电致光谱与单个分子发光的对比,我们观察到了锌四苯基卟啉（ZnTPP）分子与酞菁（H2Pc）分子之间存在能量转移的证据。随后,我们把研究的焦点放在了结构更加可控的ZnPc分子与H2Pc分子组成的供体-受体分子之间的能量转移上。我们通过单点光谱测量,发现了能量转移确定发生在H2Pc-Qy→ZrPc-Q→H2Pc-Qx这三个激发态之间,而且能量转移效率的时序变化以及分子发光峰位的移动证明了偶极作用在能量转移中的关键作用。最后,我们还研究了 ZnPc-ZnPc-H2Pc三聚体的辐射特性。我们发现在ZnPc分子上激发可以看到类似ZnPc-ZnPc二聚体的发射特征,这表明两个ZnPc分子单体间的激子耦合速率远大于ZnPc-H2Pc分子间能量转移速率。但是,我们发现当激发最边上的ZnPc分子时还能看到H2Pc的辐射光谱,即使在此时针尖已经距离H2Pc分子相当远的距离。其中的能量转移机制还需要进一步分析。在单分子尺度上研究异类分子（供体-受体分子）间能量转移可以为分子光电器件的设计与研发提供思路。