就中国科大在超冷化学量子模拟领域取得重要进展
发布时间：2022.11.07 分类：技术动态 点击：次
凝聚态物理中由于复杂的多体相互作用致使的强关联体系，例如高温超导、分数量子霍尔效应等等，很难直接得到求解，妨碍了人们对这类物理问题的深入理解和利用。日前，中国科学技术大学潘建伟教授及其同事赵博、陈宇翱等在超冷份子和超冷化学量子摹拟研究领域获得重要进展，他们首次在实验上直接观测到超低温度下弱束缚份子与自由原子间产生的态态的化学反应，实现了可控态态反应动力学的探测，从而向基于超冷份子的超冷量子化学的研究迈进了重要1步。7月4日，这1重要研究成果以研究长文的情势发表在国际学术期刊《自然 物理学》上。
据了解，量子计算和摹拟具有强大的并行计算和摹拟能力，不但为经典计算机没法解决的大范围计算困难提供有效解决方案，也可有效揭露复杂物理系统的规律，高度重视技术研发工作为新能源开发、新材料设计等提供指点。对化学反应和材料进行建模是量子计算先可能的利用之1。借助量子摹拟，研究者可以在人工可控的环境中研究数百万计的候选，大幅减少在真实材料中展开实验而投入的时间和资金。犹如诺贝尔物理学奖取得者、麻省理工学院的Frank Wilczek教授在《本日物理》发表的专题报导未来百年的物理学中所指出的，量子摹拟将成为化学和材料科学的核心工具。
在该项研究成果中，中国科学技术大学的研究团队首次成功观测到了超低温下弱束缚的份子和原子产生的可控态态的化学反应。在实验中，他目前塑料包装材料在各类包装材料总量中占比已超过30%们奇妙的利用弱束缚份子的束缚能可以调理的特性，控制反应中释放的能量，实现了对反应产物的软禁。在此基础上，他们利用精密的射频场操作技术，成功探测了反应的份子产物和原子产物，并进1步研究了态态反应动力学。实验结果证实了弱束缚份子之间化学反应通道的选择性，验证了W. Stwalley约40年前的预言。
该实验的重要意义在于，这是次在超冷化学反应中观测到态态的化学反应，从而将化学反应动力学的实验研究推动到量子水平。这1工作得到了《自然 物理》审稿人的高度评价：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步;该工作是超冷化学领域的1个重要的里程碑，将引发化学和物理研究者的广泛兴趣。
该研究工作得到了自然科学基金委、科技部、中科院等单位的支持。
编辑点评
该工作将对冷原子和凝聚态物理研究产生重大影响，基于此工作可研究全新的拓扑物理，包括固体系统中难以视察到的玻色子拓扑效应等，从而为超冷原子量子摹拟开辟了1条新道路。这项工作显示我国在超冷原子量子摹拟相干研究方向上已走在国际前列。
相干知识：
可控化学反应动力学的1个重要方向是对弱束缚份子化学反应的研究，这1问题可以追溯到约40年前。早在1978年，化学家W. Stwalley就曾指出弱束缚份子具有非同寻常的反应性质，它的反应会选择性通过1个反应通道进行。但由于弱束缚份子常温下不能存在，长时间以来这1预言1直没法得到实验检验。最近几年来，随着超冷原子份子技术的发展，超低温的弱束缚份子可以从接近零度的原子气中被制备出来，从而使得对其化学反应性质的实验研究成为可能。
在接近零度的温度下，份子的德布罗意波长远大于相互作用的尺寸，因此化学反应完全由量子力学所主导，诸如量子散射、量子统计等量子效应将明显的改变化学反应的行动。超冷化学的研究为探索化学反应的机理和动力学提供了的量子态分辨率、能量分辨率和可调控性。最近几年来，超冷化学反应的研究获得了系列重要实验进展，例如，2010年，美国科学院院士D. Jin和叶军的联合实验小组观测到了超低温下铷钾基态份子之间的化学反应;奥地利因斯布鲁克大学的R.Grimm小组报导了弱束缚铯份子产生的化学反应等。但是，这些实验都只能丈量反应物的损失，而没法对反应的产物的进行观测。迄今为止，超低温下态态化学反应还没有被实验实现。
