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超冷化学量子模拟取得重大突破

我科学家首次观测到超低温下量子态可分辨的化学反应
来源:光明日报 作者:李陈续 2017-07-07 11:01:57
  中国科学技术大学潘建伟院士及其同事赵博、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出重要一步。该成果7月4日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,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,大幅减少在真实材料中开展试验而投入的时间和资金。量子模拟,被科学界寄予“将成为核心工具”的厚望。

  在接近绝对零度的温度下,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,但超低温下量子态可分辨的化学反应迄今尚未被实验实现。

  在该项研究中,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。实验中,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,他们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。

  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·物理学》审稿人评价:“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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