我国科学家首次观测到化学反应中的几何相位效应地方要闻,EditSprings,艾德思



中国科技网·科技日报沈阳12月14日是电由中国科学技术大学王兴安教授,中科院大连化物所孙志刚研究员/张东辉院士/杨学明院士等人,利用自主发展的具有国际上最高分辨率的交叉分子束离子成像装置,结合高精度量子分子反应动力学理论分析,对氢原子和氢氘分子反应中的"几何相位'效应展开深入研究并取得重大突破.该研究成果于12月14日在线发表<科学>杂志上.

据介绍,该研究首次采用交叉分子束和量子化学方式定量了化学反应中的"几何相位'作用,这对于研究广泛存在锥型交叉的量子体系具有重要意义.通过这项研究,科学家们还在实验上发现和证实了这一重要反应体系在高能反应时一

个全新的反应机理,把化学动力学中的一个"不可能'变成了"可能'.

在实验上,王兴安和杨学明等人自主研制了一台独特的结合阈值激光电离技术,以及离子速度成像技术的交叉分子束反应动力学研究装置,使得实验上获得的氢原子产物的散射角度分辨率达到了世界上同类仪器的最高水平.利用这一装置,研究小组成功地测得了氢原子和氢氘分子反应生成的氢气和氘原子的全量子态分辨产物速度影像,在实验上观测到了转动态分辨的氢气产物前向角分布快速振荡结构.在理论计算上,孙志刚等人发展了独特的描述化学反应中几何效应的动力学理论,并基于张东辉等人发展的高精度的势能面,通过精确量子动力学分析发现,只有引入"几何相位'效应的理论计算才能正确地描述实验观测到的前向散射振荡结构.

"几何相位'效应在很多重要物理体系中存在,如众所周知的量子霍尔效应中的一种重要的情况,就是由于电子的"几何相位'效应所导致的.1927年,科学家揭示出的波恩－奥本海默近似原理是研究分子等量子体系最为重要的基石,但当量子体系存在锥形交叉如狄拉克锥时,波恩－奥本海默近似在处理这些量子体系时就可能失效.过去的几十年间,许多国际上著名的科学家进行了大量的研究工作,然而由于实验和理论上存在的巨大挑战,该问题一直以来没有得到令人信服的结论.

此项研究不仅揭示出"几何相位'在化学反应中独特的作用以,还证明了"几何相位'效应的物理本质.目前,该项研究得到了国家自然科学基金委动态化学前沿研究中心项目/中国科学院先导B项目和科技部有关项目的大力支持.

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