本報(bào)訊（記者楊保國）中科院院士、中國科大教授潘建偉及同事在超冷分子和超冷化學(xué)量子模擬研究領(lǐng)域獲新進(jìn)展，首次在實(shí)驗(yàn)中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。該成果7月4日發(fā)表于《自然—物理學(xué)》。
量子計(jì)算和模擬具有強(qiáng)大的并行計(jì)算和模擬能力，不僅為經(jīng)典計(jì)算機(jī)無法解決的大規(guī)模計(jì)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(jì)等提供指導(dǎo)。對化學(xué)反應(yīng)和材料進(jìn)行建模是量子計(jì)算最可能的應(yīng)用之一。借助量子模擬，研究者可以在人工可控的環(huán)境中研究數(shù)百萬計(jì)的候選材料，大幅減少在真實(shí)材料中開展實(shí)驗(yàn)而投入的時(shí)間和資金。
近年來，超冷化學(xué)反應(yīng)的研究取得了一系列重要實(shí)驗(yàn)進(jìn)展，但這些實(shí)驗(yàn)只能測量反應(yīng)物的損失，而無法對反應(yīng)的產(chǎn)物進(jìn)行觀測。因此，超低溫下量子態(tài)可分辨的化學(xué)反應(yīng)迄今尚未在實(shí)驗(yàn)中實(shí)現(xiàn)。
研究人員利用弱束縛分子的束縛能可調(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，他們利用精密的射頻場操作技術(shù)，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)。
該實(shí)驗(yàn)第一次在超冷化學(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。
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