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中国超冷化学量子模拟研究领域获重要成果

 

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中国超冷化学量子模拟研究领域获重要成果




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  本报讯 记者佘惠敏从中国科学技术大学获悉:中国科学技术大学潘建伟教授及其同事在超冷分子和超冷化学量子模拟研究领域取得重要进展,首次在实验中直接观测到超低温度下弱束缚分子与自由原子间发生的量子态可分辨的化学反应,并实现了其动力学探测,从而向基于超冷分子的超冷量子化学研究迈进了重要一步。这一重要研究成果已发表在国际权威学术期刊《自然?物理学》上。

  量子计算和模拟具有强大的并行计算和模拟能力,可有效揭示复杂物理系统的规律,为新能源开发、新材料设计等提供指导。借助量子模拟,研究者可以在人工可控的环境中研究数以百万计的候选材料,大幅节约在真实材料中开展试验的时间和资金投入。诺贝尔物理学奖获得者弗朗克?韦尔切克教授曾指出,量子模拟“将成为化学和材料科学的核心工具。”

  可控化学反应动力学的一个重要方向是对弱束缚分子化学反应的研究。早在1978年,美国化学家就曾预言,弱束缚分子具有非同寻常的反应性质。但因弱束缚分子常温下不存在,这一预言一直无法得到实验检验。近年来,随着超冷原子分子技术的发展,超低温的弱束缚分子可以从接近绝对零度的原子气中制备出来,使得对其化学反应性质的实验研究成为可能。

  在接近绝对零度时,分子的化学反应完全由量子力学主导,将显著改变化学反应的行为。近年来,超冷化学反应的研究取得了一系列重要实验进展,但仍无法观测到反应中的产物。因此,超低温下量子态可分辨的化学反应此前尚未被实验实现。

  在本次研究中,中国科大团队首次成功观测到了超低温下弱束缚的分子和原子发生的可控化学反应;并在此基础上,利用精密的射频场操作技术,成功探测了反应的分子产物和原子产物,并进一步研究了其反应动力学。实验结果证实了弱束缚分子之间具有非同寻常的反应性质,验证了美国科学家早在1978年的预言。

  该实验首次在超冷化学反应中观测到量子态可分辨的化学反应,从而将化学反应动力学的实验研究推进到量子水平。该成果得到《自然?物理学》审稿人高度评价:“该工作是超冷化学领域的一个重要的里程碑,将引起化学和物理研究者的广泛兴趣。”



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