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我國學(xué)者在超冷化學(xué)量子模擬研究領(lǐng)域取得進(jìn)展

作者:宋檢 時間:2022-11-29 來源:互聯(lián)網(wǎng)

中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)潘建偉教授及其同事趙博、陳宇翱等在超冷分子和超冷化學(xué)量子模擬研究領(lǐng)域取得重要進(jìn)展,首次在實(shí)驗(yàn)上直接觀測到超低溫度下弱束縛分子與自由原子間發(fā)生的量子態(tài)可分辨的化學(xué)反應(yīng),并實(shí)現(xiàn)了其動力學(xué)的探測,從而向基于超冷分子的超冷量子化學(xué)研究邁進(jìn)了重要一步。國際權(quán)威學(xué)術(shù)期刊《自然·物理學(xué)》4日以研究長文的形式發(fā)表了這一研究成果。

 

量子計算和模擬具有強(qiáng)大的并行計算和模擬能力,不僅為經(jīng)典計算機(jī)無法解決的大規(guī)模計算難題提供有效解決方案,也可有效揭示復(fù)雜物理系統(tǒng)的規(guī)律,為新能源開發(fā)、新材料設(shè)計等提供指導(dǎo),大幅降低用真實(shí)材料做試驗(yàn)投入的時間和資金。諾貝爾物理學(xué)獎獲得者弗蘭克·維爾切克曾指出,量子模擬“將成為化學(xué)和材料科學(xué)的核心工具”。

 

在接近**零攝氏度的溫度下,分子的化學(xué)反應(yīng)完全由量子力學(xué)主導(dǎo),將顯著地改變化學(xué)反應(yīng)的行為。但限于之前的研究水平,超低溫下量子態(tài)可分辨的化學(xué)反應(yīng)迄今尚未被實(shí)驗(yàn)實(shí)現(xiàn)。

 

近期,中國科大團(tuán)隊首次成功觀測到了超低溫下弱束縛的分子和原子發(fā)生的可控化學(xué)反應(yīng)。他們巧妙地利用弱束縛分子的束縛能可以調(diào)節(jié)的特性,精確控制反應(yīng)中釋放的能量,實(shí)現(xiàn)了對反應(yīng)產(chǎn)物的囚禁。在此基礎(chǔ)上利用射頻場操作技術(shù),成功探測了反應(yīng)的分子產(chǎn)物和原子產(chǎn)物,并進(jìn)一步研究了其反應(yīng)動力學(xué),實(shí)驗(yàn)結(jié)果證實(shí)了弱束縛分子之間化學(xué)反應(yīng)通道的選擇性。

 

該實(shí)驗(yàn)的重要意義在于,這是**次在超冷化學(xué)反應(yīng)中觀測到量子態(tài)可分辨的化學(xué)反應(yīng),從而將化學(xué)反應(yīng)動力學(xué)的實(shí)驗(yàn)研究推進(jìn)到量子水平。《自然·物理》審稿人對此給予高度肯定,評價“探測超冷化學(xué)反應(yīng)的產(chǎn)物是目前該領(lǐng)域的重大研究目標(biāo),本工作向這個目標(biāo)邁出了**步”。并認(rèn)為該工作是超冷化學(xué)領(lǐng)域的一個重要的里程碑,將引起化學(xué)和物理研究者的廣泛興趣。

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