我超冷化學(xué)量子模擬研究領(lǐng)域獲重要進(jìn)展

我超冷化學(xué)量子模擬研究領(lǐng)域獲重要進(jìn)展

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，首次在實驗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。這一重要研究成果7月4日以研究長文的形式發(fā)表在國際權(quán)威學(xué)術(shù)期刊《自然·物理學(xué)》上。

量子計算和模擬具有強大的并行計算和模擬能力，不僅為經(jīng)典計算機無法解決的大規(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)。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)百萬計的候選材料，大幅減少在真實材料中開展試驗而投入的時間和資金。諾貝爾物理學(xué)獎獲得者、麻省理工學(xué)院的弗朗克·韋爾切克教授指出，量子模擬“將成為化學(xué)和材料科學(xué)的核心工具”。

在該項研究中，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)。實驗中，他們巧妙地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)，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)。實驗結(jié)果證實了弱束縛分子之間化學(xué)反應(yīng)通道的選擇性。

該實驗的重要意義在于，這是第一次在超冷化學(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)的實驗研究推進(jìn)到量子水平。