潘建伟团队在超冷化学量子模拟研究领域取得里程碑式进展

徐海涛/新华社

2017-07-06 19:06

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中国科学技术大学潘建伟教授及其同事赵博、陈宇翱等在超冷分子和超冷化学量子模拟研究领域取得重要进展,首次在实验上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,并实现了其动力学的探测,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。国际权威学术期刊《自然·物理学》7月4日以研究长文的形式发表了这一研究成果。
量子计算和模拟具有强大的并行计算和模拟能力,不仅为经典计算机无法解决的大规模计算难题提供有效解决方案,也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,大幅降低用真实材料做试验投入的时间和资金。诺贝尔物理学奖获得者弗兰克·维尔切克曾指出,量子模拟“将成为化学和材料科学的核心工具”。
超低温下弱束缚分子和原子之间发生的态态化学反应。 图片来源于中国科大新闻网
在接近绝对零摄氏度的温度下,分子的化学反应完全由量子力学主导,将显著地改变化学反应的行为。但限于之前的研究水平,超低温下量子态可分辨的化学反应迄今尚未被实验实现。
近期,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。他们巧妙地利用弱束缚分子的束缚能可以调节的特性,精确控制反应中释放的能量,实现了对反应产物的囚禁。在此基础上利用射频场操作技术,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化学反应通道的选择性。
该实验的重要意义在于,这是第一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。《自然·物理》审稿人对此给予高度肯定,评价“探测超冷化学反应的产物是目前该领域的重大研究目标,本工作向这个目标迈出了第一步”。并认为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。
(原标题:我国学者在超冷化学量子模拟研究领域取得进展)
责任编辑:王盈颖澎湃新闻报料:4009-20-4009   澎湃新闻,未经授权不得转载
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