科技日報記者 吳長鋒
記者從中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)獲悉，該校潘建偉、趙博等與中國科學(xué)院化學(xué)所白春禮小組合作，在超冷原子分子混合氣中首次合成三原子分子，向基于超冷原子分子的量子模擬和超冷量子化學(xué)的研究邁出重要一步。該成果2月10日發(fā)表于《自然》。
中國科大供圖
量子計算和量子模擬具有強大的并行計算和模擬能力，不僅能夠解決經(jīng)典計算機無法處理的計算難題，還能有效揭示復(fù)雜物理系統(tǒng)的規(guī)律，從而為新能源開發(fā)、新材料設(shè)計等提供指導(dǎo)。利用高度可控的超冷量子氣體來模擬復(fù)雜的難于計算的物理系統(tǒng)，可以對復(fù)雜系統(tǒng)進行精確的全方位研究，因而在化學(xué)反應(yīng)和新型材料設(shè)計中具有廣泛的應(yīng)用前景。
超冷分子將為實現(xiàn)量子計算打開新思路，并為量子模擬提供理想平臺。但由于分子內(nèi)部的振動轉(zhuǎn)動能級復(fù)雜，通過直接冷卻的方法來制備超冷分子非常困難。超冷原子技術(shù)的發(fā)展為制備超冷分子提供了一條新途徑。人們可以繞開直接冷卻分子的困難，從超冷原子氣中利用激光、電磁場等來合成分子。從原子和雙原子分子的混合氣中合成三原子分子，是合成分子領(lǐng)域的重要研究方向。
中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)研究小組在2019年首次觀測到超低溫下原子和雙原子分子的Feshbach共振。在Feshbach共振附近，三原子分子束縛態(tài)的能量和散射態(tài)的能量趨于一致，同時散射態(tài)和束縛態(tài)之間的耦合被大幅度地共振增強。原子分子Feshbach共振的成功觀測，為合成三原子分子提供了新機遇。
在該項研究中，中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)研究小組和中國科學(xué)院化學(xué)所研究小組合作，研究人員首次成功實現(xiàn)了利用射頻場相干合成三原子分子。在實驗中，他們從接近絕對零度的超冷原子混合氣出發(fā)，制備了處于單一超精細(xì)態(tài)的鈉鉀基態(tài)分子。在鉀原子和鈉鉀分子的Feshbach共振附近，通過射頻場將原子分子的散射態(tài)和三原子分子的束縛態(tài)耦合在一起。他們成功地在鈉鉀分子的射頻損失譜上觀測到射頻合成三原子分子信號，并測量了Feshbach共振附近三原子分子的束縛能。這一成果為量子模擬和超冷化學(xué)的研究開辟了一條新道路。
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