中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)潘建偉、趙博等與中科院化學(xué)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》。
量子計(jì)算和量子模擬具有強(qiáng)大的并行計(jì)算和模擬能力，不僅能夠解決經(jīng)典計(jì)算機(jī)無法處理的計(jì)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(jì)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(jì)算的物理系統(tǒng)，可以對(duì)復(fù)雜系統(tǒng)進(jìn)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(jì)中具有廣闊的應(yīng)用前景。
超冷分子將為實(shí)現(xiàn)量子計(jì)算打開新思路，并為量子模擬提供理想平臺(tái)。但由于分子內(nèi)部的振動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)能級(jí)復(fù)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(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這一困難，從超冷原子氣中利用激光、電磁場(chǎng)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(lǐng)域的重要研究方向。
中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)研究小組在2019年首次觀測(cè)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(shí)散射態(tài)和束縛態(tài)之間的耦合被大幅度地共振增強(qiáng)。原子分子Feshbach共振的成功觀測(cè)，為合成三原子分子提供了新機(jī)遇。
在該項(xiàng)研究中，合作研究小組首次成功實(shí)現(xiàn)了利用射頻場(chǎng)相干合成三原子分子。在實(shí)驗(yàn)中，他們從接近絕對(duì)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(chǎng)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(cè)到射頻合成三原子分子信號(hào)，并測(cè)量了Feshbach共振附近三原子分子的束縛能。該成果為量子模擬和超冷化學(xué)研究開辟了一條新道路。(桂運(yùn)安 王敏)
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