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中科大成功探测到超冷化学反应的产物

2017年07月10日 10:36:24 来源: 安徽日报

    超冷化学反应的产物探测,此前一直是个未被攻克的“世界难题”,如今已被中科大科学家成功实现。记者7月6日从中科大获悉,该校潘建伟院士团队日前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化学反应,并实现了其动力学的探测。

  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规律,为新能源开发、新材料设计等提供指导。对化学反应和材料进行建模是量子计算最先可能的应用之一。借助量子模拟,研究者可在人工可控的环境中研究数百万计的候选材料,大幅减少在真实材料中开展试验而投入的时间和资金。

  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,诸如量子散射、量子统计等量子效应,将显著改变化学反应的行为。超冷化学的研究为探索化学反应的机理和动力学提供了前所未有的量子态分辨率、能量分辨率和可调控性。近年来,超冷化学反应的研究取得了一系列重要实验进展,但这些实验只能测量反应物的损失,而无法对反应的产物进行观测。

  研究中,中科大团队首次成功观测到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。

  7月4日,这一成果发表在国际权威学术期刊《自然·物理学》上。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。审稿人表示:“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第一步”,“该工作是超冷化学领域的一个重要里程碑,将引起化学和物理研究者的广泛兴趣”。

[责任编辑: 周雨濛 ]
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