科學家首次在超冷原子分子混合氣中合成三原子分子丨《自然》

中國科學技術大學潘建偉、趙博等與中科院化學研究所白春禮小組合作，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拟和超冷量子化學的研究邁出重要一步。該成果2月10日發表于《自然》。

量子計算和量子模拟具有強大的并行計算和模拟能力，不僅能夠解決經典計算機無法處理的計算難題，還能有效揭示複雜實體系統的規律，進而為新能源開發、新材料設計等提供指導。利用高度可控的超冷量子氣體來模拟複雜的難于計算的實體系統，可以對複雜系統進行精确的全方位研究，因而在化學反應和新型材料設計中具有廣闊的應用前景。

超冷分子将為實作量子計算打開新思路，并為量子模拟提供理想平台。但由于分子内部的振動轉動能級複雜，通過直接冷卻的方法制備超冷分子非常困難。超冷原子技術的發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這一困難，從超冷原子氣中利用雷射、電磁場等合成分子。從原子和雙原子分子的混合氣中合成三原子分子，是合成分子領域的重要研究方向。

中國科學技術大學研究小組在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，三原子分子束縛态的能量和散射态的能量趨于一緻，同時散射态和束縛态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，合作研究小組首次成功實作了利用射頻場相幹合成三原子分子。在實驗中，他們從接近絕對零度的超冷原子混合氣出發，制備了處于單一超精細态的鈉鉀基态分子。在鉀原子和鈉鉀分子的Feshbach共振附近，通過射頻場将原子分子的散射态和三原子分子的束縛态耦合在一起。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号，并測量了Feshbach共振附近三原子分子的束縛能。該成果為量子模拟和超冷化學研究開辟了一條新道路。

相關論文資訊：https://doi.org/10.1038/s41586-021-04297-2

來源：《中國科學報》