我(wo)國科學家(jia)在多個前(qian)沿科技領(ling)域實現關(guan)鍵核心技(ji)

我國(guo)首次在超(chao)冷原子分(fen)子混合氣(qi)中合成三(san)原子分子(zi)

中國科學(xue)技術大學(xue)潘建偉、趙(zhao)博等與中(zhong)國科學院(yuan)化學所白(bai)春♻️禮小組(zu)合作，在超(chao)冷原子分(fen)子混合氣(qi)中首次合(he)成三原子(zi)分子，向基(ji)于超冷原(yuan)子分子的(de)量子模拟(ni)和超冷量(liang)子化學的(de)研究邁出(chu)重要一步(bu)。該成果11月(yue)26日發表于(yu)🈲《自然》。

量子(zi)計算和量(liang)子模拟具(ju)有強大的(de)并行計算(suan)和模拟能(neng)力，不㊙️僅能(neng)夠解決經(jing)典計算機(ji)無法處理(li)的計算難(nan)題，還能有(you)效揭示複(fu)雜物理系(xi)統的規律(lü)，從而為新(xin)能☀️源開發(fa)、新材料設(she)計等☁️提供(gong)指導。利用(yong)高度可控(kong)的超冷量(liang)子氣體來(lai)模拟複雜(za)的難于計(ji)算的物理(li)系統，可以(yi)對複雜系(xi)統進行精(jing)确💔的全方(fang)位研究，因(yin)而在化學(xue)反應和新(xin)型材料設(she)計中具有(you)廣泛的應(ying)用前景。

從超冷原(yuan)子和雙原(yuan)子分子混(hun)合氣中利(li)用射頻場(chang)合成🤟三原(yuan)子分子的(de)示意圖

超(chao)冷分子将(jiang)為實現量(liang)子計算打(da)開新思路(lu)，并為量子(zi)模拟🍉提供(gong)🧑🏾‍🤝‍🧑🏼理想平台(tai)。但由于分(fen)子内部的(de)振動轉動(dong)能級複雜(za)，通過直接(jie)冷卻的方(fang)法來制備(bei)超冷分子(zi)非常困難(nan)。超冷原子(zi)技術的發(fa)展為制備(bei)超冷分🍉子(zi)提供了一(yi)條新途徑(jing)。人們可以(yi)繞開直❤️接(jie)冷卻分子(zi)的困難，從(cong)超冷原子(zi)氣中利用(yong)激光、電磁(ci)場等來🥰合(he)成分子。從(cong)原子和雙(shuang)原子分子(zi)的混合氣(qi)中合成三(san)原子分子(zi)，是合成分(fen)子領域的(de)重要研究(jiu)方向。

中國(guo)科學技術(shu)大學研究(jiu)小組在2019年(nian)首次觀測(ce)到超低溫(wen)下原子和(he)雙原子分(fen)子的Feshbach共振(zhen)。在Feshbach共振附(fu)近，三‼️原子(zi)分子束縛(fu)☎️态的能量(liang)和散射态(tai)的能量趨(qu)于一緻，同(tong)時散射态(tai)♌和束縛态(tai)之間的耦(ou)合被大幅(fu)度地共振(zhen)增強。原子(zi)分子Feshbach共振(zhen)的成功觀(guan)測，為合成(cheng)三原🙇🏻子分(fen)子提供👈了(le)新機遇。

在(zai)該項研究(jiu)中，中國科(ke)學技術大(da)學研究小(xiao)組和中國(guo)科學🔱院🌈化(hua)學所研究(jiu)小組合作(zuo)，首次成功(gong)實現了利(li)用射頻場(chang)相幹合成(cheng)三原子分(fen)子。在實驗(yan)中，他們從(cong)接近絕對(dui)零度的超(chao)冷原子混(hun)合氣出發(fa)，制備了處(chu)于單一超(chao)精細态的(de)鈉鉀基态(tai)分子。在鉀(jia)原子和鈉(na)鉀分子的(de)Feshbach共振附近(jin)，通過射頻(pin)場将原子(zi)分子的散(san)射态和三(san)原子分子(zi)的束縛态(tai)耦合在一(yi)起。他們成(cheng)功地在鈉(na)鉀分子的(de)射頻損失(shi)譜😘上觀測(ce)到射頻合(he)成三原子(zi)分子信号(hao)，并測量了(le)Feshbach共振附近(jin)三原子分(fen)子的束縛(fu)能。這一成(cheng)果為量子(zi)模拟和超(chao)冷💃🏻化學的(de)研究開辟(pi)了一條新(xin)道路。

我國(guo)科學家建(jian)立蛋白質(zhi)從頭設計(ji)新方法

中(zhong)國科學技(ji)術大學劉(liu)海燕教授(shou)、陳泉副教(jiao)授團隊基(ji)🙇‍♀️于數據驅(qu)動原理，開(kai)辟出一條(tiao)全新的蛋(dan)白質從頭(tou)設計路線(xian)，在㊙️蛋白質(zhi)設計這一(yi)前沿科技(ji)領域實現(xian)了關鍵核(he)心技術的(de)原始創新(xin)，為工業酶(mei)、生物材🌍料(liao)、生物醫藥(yao)蛋白等功(gong)能蛋白的(de)設計奠定(ding)了堅實的(de)基礎。相關(guan)成果北京(jing)時間11月26日(ri)發表于《自(zi)然》。

蛋白質(zhi)是生命的(de)基礎，是生(sheng)命功能的(de)主要執行(hang)者，其結🔴構(gou)與功能由(you)氨基酸序(xu)列所決定(ding)。目前，能夠(gou)形成穩定(ding)三維結構(gou)的蛋白質(zhi)，幾乎全部(bu)是天然蛋(dan)白質，其氨(an)🌈基酸序✌️列(lie)是長期自(zi)然進化形(xing)成。在天然(ran)蛋白結構(gou)功⭐能不能(neng)滿🐕足工業(ye)或醫療應(ying)用需求時(shi)，想要得到(dao)特定的功(gong)能蛋白🏒，就(jiu)需要對其(qi)結構進行(hang)設計。近年(nian)來，國際上(shang)蛋白質從(cong)頭設計的(de)代表性工(gong)作主要采(cai)用RosettaDesign——使用天(tian)然結構片(pian)段作為構(gou)建模塊來(lai)拼接産生(sheng)人工結構(gou)。然而，這種(zhong)方法存在(zai)🛀設計結果(guo)單一、對主(zhu)鍊🈲結構細(xi)節過于敏(min)感等不足(zu)，顯著限制(zhi)了🈲設計主(zhu)鍊結構的(de)多樣性和(he)可變性。

中國科學(xue)技術大學(xue)相關團隊(dui)長期深耕(geng)計算結構(gou)生物🤞學方(fang)向的基礎(chu)研究和應(ying)用基礎研(yan)究。施蘊渝(yu)院士💁是國(guo)内這一領(ling)域的開拓(tuo)者。劉海燕(yan)教授、陳泉(quan)副教授團(tuan)隊十餘年(nian)來緻力于(yu)發展數據(ju)驅動的蛋(dan)白質設計(ji)方法。該團(tuan)隊首先建(jian)立了給定(ding)主鍊結構(gou)設計氨基(ji)酸序列的(de)ABACUS模型，進而(er)發展了能(neng)在氨基酸(suan)⭕序列待定(ding)時從頭設(she)計全新主(zhu)🛀鍊結構的(de)SCUBA模型。理論(lun)♋計算和實(shi)驗證明，用(yong)SCUBA設計主鍊(lian)結構，能夠(gou)突破隻能(neng)🌏用天然片(pian)段來拼接(jie)産生新主(zhu)鍊結構❗的(de)限制，從而(er)🌐顯著擴展(zhan)從頭設計(ji)蛋🔞白的結(jie)構多樣性(xing)，甚至♻️設計(ji)出不同于(yu)已知天然(ran)蛋白的新(xin)穎結構。“SCUBA模(mo)型+ABACUS模型”構(gou)👄成了能夠(gou)從頭設計(ji)具有全新(xin)結構和序(xu)列的人工(gong)蛋白完整(zheng)工具鍊，是(shi)RosettaDesign之外目前(qian)唯一經充(chong)分實驗驗(yan)證的蛋白(bai)🐉質從頭設(she)計方法，并(bing)與之互🧑🏾‍🤝‍🧑🏼為(wei)補充。在論(lun)文中，團隊(dui)報道了9種(zhong)✨從頭設計(ji)的蛋白質(zhi)分子的高(gao)❌分辨晶體(ti)結構，其中(zhong)5種蛋白質(zhi)具有不同(tong)于已知天(tian)然蛋💃白的(de)新㊙️穎結構(gou)。

審稿人認(ren)為，這項工(gong)作中提出(chu)的方法具(ju)有足夠的(de)🏃🏻新🔞穎性和(he)實用性；從(cong)頭設計蛋(dan)白質具有(you)挑戰性，本(ben)工作中6種(zhong)🔞不同蛋白(bai)🍓質的高分(fen)辨率設計(ji)是一項重(zhong)要成就，證(zheng)明這📱種方(fang)法🧑🏽‍🤝‍🧑🏻運行良(liang)好。

中國學(xue)者在籠目(mu)超導體中(zhong)發現新型(xing)電子向列(lie)相

中國科(ke)學技術大(da)學陳仙輝(hui)、吳濤和王(wang)震宇等組(zu)成的團隊(dui)，近日🌈在籠(long)目超導體(ti)CsV3Sb5中發現一(yi)種新型電(dian)子向列相(xiang)。該發現不(bu)僅為理解(jie)籠目結構(gou)超導體中(zhong)電荷密度(du)波與超導(dao)電性之間(jian)的反常競(jing)争提供了(le)重要實驗(yan)證🏃🏻‍♂️據，也為(wei)進一步研(yan)究關聯電(dian)子體系中(zhong)與非常規(gui)超導電性(xing)密切相關(guan)的交織序(xu)提供了新(xin)的💛研究方(fang)向。相關成(cheng)果11月26日發(fa)表🔞于《自然(ran)》。

電子向列(lie)相廣泛存(cun)在于高溫(wen)超導體、量(liang)子霍爾絕(jue)緣體等電(dian)子體系，與(yu)高溫超導(dao)電性之間(jian)存在緊密(mi)聯系，被認(ren)為是一種(zhong)與高溫超(chao)導相關聯(lian)的交織序(xu)。探索具有(you)新結構超(chao)導材料體(ti)系，從而進(jin)一步研究(jiu)超導與各(ge)種交織序(xu)的關聯是(shi)當前領域(yu)的一個重(zhong)要研究方(fang)向，其中一(yi)類備受關(guan)注的體系(xi)為二維籠(long)目結構。理(li)論預測二(er)維籠目體(ti)系可呈現(xian)出新奇的(de)超導電性(xing)和豐富的(de)電子有序(xu)态，但長期(qi)以來缺乏(fa)合适的材(cai)料體系實(shi)現其關聯(lian)物理，籠目(mu)超導體CsV3Sb5的(de)發現為該(gai)方向的探(tan)索提供新(xin)的研究體(ti)系。

籠目(mu)結構超導(dao)體中三重(zhong)調制電荷(he)密度波導(dao)緻的電子(zi)🈲向🔞列序👈與(yu)超導電性(xing)的物理示(shi)意圖

陳仙(xian)輝團隊在(zai)前期研究(jiu)中已成功(gong)揭示該體(ti)系中面内(nei)三🐉重調制(zhi)的電荷密(mi)度波态，以(yi)及電荷密(mi)度波與超(chao)導電性在(zai)壓力下的(de)反常競争(zheng)關系。

在此(ci)基礎上，團(tuan)隊結合掃(sao)描隧道顯(xian)微鏡、核磁(ci)共振以及(ji)☀️彈性電阻(zu)三種實驗(yan)技術，發現(xian)體系在進(jin)入超導态(tai)之前，三重(zhong)調制🈲電荷(he)密度波态(tai)會進一步(bu)演化為一(yi)種🐆熱力學(xue)穩定的電(dian)子向列相(xiang)，并确定轉(zhuan)變溫度在(zai)35開爾⛱️文左(zuo)右。新型電(dian)子向列相(xiang)具有Z3對稱(cheng)性，在理論(lun)上被three state Potts模型(xing)所描述，因(yin)📱而又被稱(cheng)為“Potts”向列相(xiang)。有趣的是(shi)，這種新型(xing)電子向列(lie)相近期在(zai)雙層轉角(jiao)石墨烯體(ti)系中也被(bei)觀察到。

這(zhe)一成果不(bu)僅在籠目(mu)結構超導(dao)體中揭示(shi)了一種新(xin)型電子向(xiang)列相，也為(wei)理解這類(lei)體系中超(chao)導與電荷(he)密度波之(zhi)間的競争(zheng)提供了實(shi)驗證據。此(ci)前的掃♍描(miao)隧道❗譜研(yan)究表明，CsV3Sb5體(ti)💰系中可❤️能(neng)存在超導(dao)電性與電(dian)荷密度❓波(bo)序相互交(jiao)織而形成(cheng)的配對密(mi)度波态（PDW）。在(zai)超導轉變(bian)⚽溫度之上(shang)發現的電(dian)子向列序(xu)，可以被理(li)解成一種(zhong)與PDW相關的(de)交織序🚶‍♀️，這(zhe)一結果也(ye)為㊙️理解高(gao)溫超導體(ti)中的PDW提供(gong)了重要線(xian)索和思路(lu)。（記者 王利(li)）

來源：央視(shi)新聞