我(wo)國科學(xué)家在多(duō)個前沿(yan)科技領(lǐng)域實現(xiàn)關鍵核(hé)心技

我(wǒ)國首次(ci)在超冷(lěng)原子分(fèn)子混合(he)氣中合(he)成三原(yuan)子分子(zǐ)

中國科(ke)學技術(shu)大學潘(pān)建偉、趙(zhào)博等與(yǔ)中國科(kē)學院化(huà)☀️學所💋白(bai)春禮小(xiao)組合作(zuo)，在超冷(lěng)原子分(fèn)子混合(he)氣中首(shou)次合成(chéng)三原子(zi)分子，向(xiàng)基于超(chāo)冷原子(zǐ)分子的(de)量子模(mó)拟和超(chāo)冷量子(zǐ)化學的(de)👅研究邁(mai)出重要(yào)一步。該(gai)成果12月(yue)8日發表(biao)于《自然(rán)》。

量子計(jì)算和量(liàng)子模拟(nǐ)具有強(qiáng)大的并(bing)行計算(suan)和模拟(nǐ)能力，不(bu)♈僅能夠(gòu)解決經(jīng)典計算(suàn)機無法(fa)處理的(de)計算難(nán)題，還㊙️能(néng)有效揭(jiē)示複💋雜(za)物理系(xì)統的規(gui)律，從而(ér)為新能(néng)源開發(fā)♋、新材料(liào)設計等(děng)提供指(zhǐ)導。利用(yòng)高度可(ke)控的超(chāo)冷量子(zǐ)氣體來(lái)模拟複(fu)雜的難(nán)于計算(suàn)的❄️物理(li)系統，可(kě)👨‍❤️‍👨以對複(fú)雜系💜統(tǒng)進行精(jing)确的全(quan)方位研(yan)🈚究，因而(ér)在化學(xué)🍓反應和(hé)新型材(cái)料設計(jì)中具有(yǒu)廣泛的(de)應用前(qián)景。

從(cóng)超冷原(yuán)子和雙(shuāng)原子分(fen)子混合(hé)氣中利(lì)用射頻(pin)場🚶合成(chéng)三原👅子(zi)分子的(de)示意圖(tu)

超冷分(fèn)子将為(wei)實現量(liang)子計算(suàn)打開新(xin)思路，并(bing)為量子(zǐ)模🙇‍♀️拟提(tí)供理想(xiang)平台。但(dan)由于分(fèn)子内部(bu)的振動(dòng)轉動能(néng)級複👣雜(za)，通過直(zhi)🌂接冷卻(que)的方法(fa)來制備(bei)超冷分(fen)子非常(cháng)💃困難。超(chāo)冷原子(zi)技術的(de)發展為(wei)制備超(chāo)冷分子(zǐ)提供了(le)一條新(xīn)途徑。人(ren)們可以(yi)繞開直(zhí)接冷卻(què)分子的(de)困難，從(cóng)超冷原(yuán)子氣中(zhōng)利用激(ji)光🌐、電磁(cí)場等來(lai)合成分(fen)子。從原(yuán)⛹🏻‍♀️子和雙(shuāng)原子分(fèn)子的混(hun)合氣中(zhong)🙇🏻合成✔️三(sān)原子分(fèn)子，是合(he)成分子(zǐ)領域的(de)重要研(yan)究方向(xiàng)。

中國科(ke)學技術(shu)大學研(yán)究小組(zu)在2019年首(shou)次觀測(ce)到超低(dī)溫下原(yuan)子和雙(shuāng)原子分(fèn)子的Feshbach共(gong)振。在Feshbach共(gong)振附近(jìn)，三原子(zi)分子束(shu)縛态的(de)能量和(hé)散射态(tai)的能量(liàng)趨于一(yi)緻，同時(shí)散射态(tài)和束縛(fu)态之間(jian)☁️的耦合(he)被大幅(fú)度地共(gòng)振增強(qiáng)🧑🏾‍🤝‍🧑🏼。原子分(fèn)子Feshbach共振(zhen)的成功(gong)觀測，為(wéi)合成三(sān)原子分(fèn)子提供(gong)💋了新機(ji)遇。

在該(gai)項研究(jiu)中，中國(guo)科學技(ji)術大學(xue)研究小(xiao)組和中(zhong)國科學(xué)院化學(xue)所研究(jiū)小組合(hé)作，首次(cì)成功實(shi)現了利(li)用射頻(pin)場相幹(gàn)合成三(san)原子分(fèn)子。在實(shi)驗中，他(ta)們從接(jie)近絕對(dui)零度的(de)超冷原(yuán)子混合(hé)氣出發(fa)，制備了(le)處于單(dān)一超精(jīng)細态🏃‍♀️的(de)鈉鉀基(jī)⛷️态分子(zǐ)。在鉀原(yuán)子和🔞鈉(na)鉀分子(zǐ)的Feshbach共振(zhen)附近，通(tong)📞過射頻(pin)場将原(yuán)子分子(zi)的散射(she)态和三(sān)🌍原子分(fèn)子的束(shù)縛态耦(ou)合在一(yī)起。他們(men)成功地(dì)在💞鈉鉀(jia)分子的(de)射頻損(sun)失譜上(shàng)觀測到(dào)射頻合(he)成三原(yuán)子分子(zi)信号，并(bìng)測量了(le)Feshbach共振附(fù)🔱近三原(yuan)子分子(zi)的束縛(fù)能。這一(yi)成果為(wéi)量子模(mó)拟和超(chāo)冷化學(xué)的研究(jiu)開辟了(le)一條新(xin)道路。

我(wo)國科學(xue)家建立(li)蛋白質(zhi)從頭設(she)計新方(fang)法

中國(guó)科學技(jì)術大學(xue)劉海燕(yàn)教授、陳(chen)泉副教(jiao)授團隊(dui)基于數(shù)據✉️驅動(dong)原理，開(kai)辟出一(yi)條全新(xīn)的蛋白(bái)質從頭(tóu)設計路(lu)線，在蛋(dan)白質設(shè)計這一(yī)前沿科(ke)技領域(yù)實現了(le)關🌍鍵核(hé)心技術(shù)的原始(shǐ)創新，為(wei)工業酶(mei)、生物材(cai)料、生物(wù)醫🏃‍♀️藥蛋(dan)白等👅功(gong)能蛋白(bai)的設計(ji)奠定了(le)堅實🔞的(de)基礎。相(xiang)關成果(guǒ)北京時(shí)間12月8日(rì)發表于(yu)《自然》。

蛋(dan)白質是(shì)生命的(de)基礎，是(shi)生命功(gong)能的主(zhǔ)要執行(hang)者，其結(jié)構與功(gong)💃🏻能由氨(an)基酸序(xu)列所決(jue)定。目前(qián)，能夠形(xing)成穩☔定(ding)三🌂維結(jié)💘構的蛋(dàn)白質，幾(ji)乎全部(bù)是天然(rán)蛋白質(zhì)，其氨基(ji)酸序列(lie)是長期(qi)自然進(jin)化形成(chéng)。在天然(ran)蛋白結(jié)構功💜能(neng)不能滿(man)🏃‍♀️足工業(yè)或🔅醫療(liao)應用需(xū)求時，想(xiǎng)要得到(dao)特定😄的(de)功能蛋(dan)白，就需(xu)要對其(qi)結構進(jìn)行設♍計(jì)。近年來(lái)，國際上(shang)蛋白質(zhi)從頭設(she)計的代(dai)表性👨‍❤️‍👨工(gong)作主要(yao)采用RosettaDesign——使(shi)用天然(rán)結構片(pian)段作為(wei)構建模(mo)塊來拼(pīn)接産生(sheng)人工結(jié)構。然而(ér)，這種方(fāng)法存在(zài)☔設計結(jié)果單一(yī)、對主鍊(lian)📐結構細(xì)節過📱于(yú)敏感🙇🏻等(děng)不足，顯(xiǎn)著限制(zhì)了設計(jì)主鍊結(jié)構的多(duō)樣性💁和(hé)可變性(xing)。

中國(guo)科學技(jì)術大學(xue)相關團(tuan)隊長期(qī)深耕計(jì)算結構(gou)生物學(xue)方向🚩的(de)基礎研(yan)究和應(yīng)用基礎(chǔ)研究。施(shī)蘊渝院(yuan)士是國(guó)内這一(yi)領域的(de)開拓者(zhě)。劉海燕(yàn)教授、陳(chen)泉副教(jiāo)授📱團隊(duì)十🍉餘年(nian)來緻力(lì)于發展(zhan)數據驅(qu)動的蛋(dàn)白質設(shè)計方法(fa)。該團隊(dui)首先建(jian)🆚立了給(gei)定主鍊(liàn)結構設(shè)計氨基(ji)酸序列(liè)的ABACUS模型(xing)🌈，進而發(fa)展了能(néng)在氨基(ji)酸序列(lie)待定時(shí)從頭設(shè)計全新(xīn)主鍊結(jie)構的SCUBA模(mo)型。理論(lun)計算和(he)實驗證(zhèng)明⚽，用SCUBA設(she)計主鍊(liàn)結構♋，能(neng)夠突破(pò)隻能用(yòng)天然片(pian)段來拼(pīn)接産生(shēng)新主鍊(liàn)結構的(de)限制，從(cóng)而顯著(zhe)擴展從(cóng)頭設計(jì)蛋📧白的(de)結構多(duo)樣性，甚(shen)至設計(ji)出不同(tong)于已知(zhi)天然蛋(dan)白的新(xīn)穎結構(gou)。“SCUBA模型+ABACUS模(mo)型”構成(cheng)了能夠(gòu)從頭設(shè)計具有(you)全👉新結(jié)構和序(xù)列的人(ren)工☂️蛋白(bái)完整工(gong)具鍊，是(shì)RosettaDesign之外目(mu)前唯一(yi)經充分(fen)實驗驗(yan)證的蛋(dàn)白質從(cóng)頭設計(ji)方法，并(bing)與之互(hù)為補充(chong)。在論文(wén)中，團隊(duì)報道了(le)9種從頭(tou)設計的(de)蛋白質(zhì)分子的(de)高分辨(biàn)晶體結(jié)構，其中(zhong)5種蛋白(bai)質具有(you)不同于(yu)已知天(tian)然蛋白(bái)的新穎(yǐng)結構。

審(shen)稿人認(ren)為，這項(xiàng)工作中(zhōng)提出的(de)方法具(ju)有足夠(gòu)的新穎(ying)🏒性和🥰實(shí)👌用性；從(cong)頭設計(ji)蛋白質(zhì)具有挑(tiao)戰性，本(běn)工作🤟中(zhōng)6種不同(tóng)蛋白質(zhì)的高分(fèn)辨率設(shè)計是一(yī)項重要(yao)成就，證(zheng)明這種(zhong)方法運(yun)行良好(hao)。

中國學(xue)者在籠(long)目超導(dǎo)體中發(fa)現新型(xing)電子向(xiang)列相

中(zhōng)國科學(xue)技術大(da)學陳仙(xian)輝、吳濤(tao)和王震(zhen)宇等組(zu)成的團(tuan)隊，近日(ri)在籠目(mu)超導體(ti)CsV3Sb5中發現(xian)一種新(xin)型電子(zi)向列相(xiàng)。該發現(xian)不僅為(wei)理解籠(lóng)目結構(gou)超導體(tǐ)中電荷(he)密度波(bō)與超🈲導(dǎo)電性之(zhi)間的反(fan)常競争(zhēng)提供了(le)重✊要實(shi)驗證據(jù)，也為進(jin)一步研(yán)究關聯(lian)電子💜體(tǐ)系中與(yǔ)非常規(gui)超導電(diàn)性密切(qie)相關的(de)交織序(xu)提供了(le)新的研(yan)究方向(xiang)。相關成(cheng)果12月8日(rì)發表🌐于(yu)《自然》。

電(dian)子向列(liè)相廣泛(fan)存在于(yú)高溫超(chao)導體、量(liang)子霍爾(ěr)絕緣體(ti)等電子(zǐ)體系，與(yǔ)高溫超(chāo)導電性(xìng)之間存(cun)在緊密(mì)聯系，被(bèi)認為是(shì)一種與(yǔ)高溫超(chāo)導相關(guān)聯的交(jiao)織序。探(tan)索具有(you)新結構(gou)超導材(cai)料體系(xì)，從而進(jìn)一步研(yan)究超導(dao)與各種(zhǒng)交織序(xù)的關聯(lian)是當前(qián)領域的(de)一個重(zhòng)要研究(jiū)方向，其(qí)中一類(lèi)備受關(guān)注的體(ti)系為二(er)維籠目(mu)結構。理(li)論預測(ce)二維籠(long)目體系(xì)可呈現(xiàn)出新奇(qi)的超導(dǎo)電性和(hé)豐富的(de)電子有(yǒu)序态，但(dan)長期以(yǐ)來缺乏(fa)合适的(de)材料體(tǐ)系實現(xiàn)其關聯(lian)物理，籠(lóng)目超導(dao)體CsV3Sb5的發(fā)現為該(gai)方向的(de)探索提(ti)供新的(de)研究體(ti)系。

籠(lóng)目結構(gou)超導體(tǐ)中三重(zhong)調制電(dian)荷密度(dù)波導緻(zhì)的電子(zi)向列💋序(xù)與超導(dao)電性的(de)物理示(shì)意圖

陳(chen)仙輝團(tuan)隊在前(qián)期研究(jiu)中已成(cheng)功揭示(shì)該體系(xi)中面内(nèi)三重調(diao)制的電(dian)荷密度(du)波态，以(yǐ)及電荷(hé)密度波(bō)與超導(dǎo)電性在(zai)壓力💃下(xià)的反常(cháng)競争關(guan)系。

在此(ci)基礎上(shàng)，團隊結(jié)合掃描(miao)隧道顯(xian)微鏡、核(hé)磁共振(zhen)以及‼️彈(dan)性電阻(zu)三種實(shi)驗技術(shu)，發現體(ti)系在進(jìn)入超導(dǎo)态之前(qian)，三重✔️調(diào)制電荷(he)密度波(bō)态會進(jin)一步演(yǎn)化為一(yī)種熱力(li)學穩定(dìng)的㊙️電子(zǐ)向列相(xiang)，并确定(ding)轉變溫(wen)度在35開(kai)爾🐕文左(zuǒ)右。新型(xíng)電子向(xiàng)列相具(jù)有Z3對稱(chēng)性，在📞理(lǐ)論上被(bei)three state Potts模🛀型所(suǒ)描述，因(yīn)而又被(bèi)稱為“Potts”向(xiàng)列相。有(you)趣的是(shì)，這種新(xin)型電子(zi)向列相(xiang)近期在(zài)雙層轉(zhuan)角石墨(mo)烯體系(xi)中也被(bèi)觀察到(dào)。

這一成(chéng)果不僅(jin)在籠目(mù)結構超(chao)導體中(zhōng)揭示了(le)一種🏃🏻新(xin)型電子(zi)向🙇🏻列相(xiang)，也為理(lǐ)解這類(lèi)體系中(zhong)超導與(yǔ)電荷密(mì)度波之(zhī)間的競(jing)争提供(gong)了實驗(yan)證據。此(cǐ)前的掃(sǎo)描隧道(dào)譜研究(jiū)表明，CsV3Sb5體(tǐ)系中可(ke)能存在(zai)超導電(dian)性與電(diàn)荷密度(du)波序相(xiang)互交織(zhi)而形成(cheng)的配對(duì)密度波(bo)态🈚（PDW）。在超(chāo)導轉變(biàn)溫度之(zhī)上發現(xiàn)的電子(zi)向列序(xù)，可以被(bei)✉️理解成(chéng)一種📐與(yǔ)PDW相關的(de)交織序(xu)，這一結(jie)果也為(wéi)理解高(gao)溫超導(dao)體中的(de)PDW提供了(le)重要線(xiàn)索🈲和思(sī)路。（記者(zhě) 王利）

來(lái)源：央視(shi)新聞