我國科學(xué)家在多個(gè)前沿科技(jì)領域實現(xian)關鍵核心(xin)技

我(wǒ)國首次在(zai)超冷原子(zi)分子混合(hé)氣中合成(chéng)三原子🍓分(fèn)子

中國科(kē)學技術大(da)學潘建偉(wei)、趙博等與(yǔ)中國科學(xué)院化學所(suo)白春禮小(xiǎo)組合作，在(zài)超冷原子(zǐ)分子混合(hé)氣中首次(ci)合成三原(yuan)子分子，向(xiang)基于超冷(lěng)原子分子(zi)的量子模(mo)拟和超冷(leng)量子化學(xue)的研究邁(mai)出重要一(yi)步。該成果(guo)12月17日發表(biǎo)于🈚《自然》。

量(liàng)子計算和(he)量子模拟(ni)具有強大(dà)的并行計(ji)算和模🏃‍♀️拟(nǐ)能📐力，不僅(jǐn)能夠解決(jue)經典計算(suàn)機無法處(chu)理的計算(suan)難🏃‍♀️題，還能(neng)有效揭示(shi)複雜物理(li)系統的規(gui)律，從而為(wéi)新能源開(kai)發🙇‍♀️、新材料(liào)設計等提(ti)供指💃導。利(lì)用高度可(ke)控的超冷(lěng)量子氣體(tǐ)來模拟複(fú)雜的難于(yu)計算的物(wu)理系統，可(ke)以對複雜(zá)系統進行(háng)精确💔的全(quán)方位研究(jiu)，因而在化(huà)學反應和(hé)新型材料(liào)設計中具(ju)有💞廣泛的(de)應用前🛀景(jing)。

從超冷(lěng)原子和雙(shuang)原子分子(zǐ)混合氣中(zhong)利用射頻(pin)場合成三(sān)原子分子(zi)的示意圖(tú)

超冷分子(zi)将為實現(xiàn)量子計算(suàn)打開新思(sī)路，并為量(liang)子模拟提(tí)供理想平(ping)台。但由于(yu)分子内部(bù)的振動轉(zhuan)動能級複(fu)雜，通過直(zhi)接冷卻的(de)方法來制(zhì)備超冷分(fèn)子非常困(kun)難。超冷原(yuán)子技術的(de)發展為制(zhì)備超冷分(fen)子提供了(le)一條新途(tu)⛷️徑。人們可(ke)以繞開直(zhi)⛱️接冷卻分(fèn)子的困難(nán)，從超冷原(yuán)子氣中利(li)用激光、電(dian)磁場等來(lái)🏃‍♂️合成分子(zi)。從❤️原子和(hé)雙原子分(fen)❤️子的混合(he)氣中合成(chéng)三原子分(fen)子，是合成(cheng)分子領域(yu)的重要研(yan)究方向。

中(zhōng)國科學技(ji)術大學研(yan)究小組在(zài)2019年首次觀(guān)測到超低(dī)溫下原子(zi)和雙原子(zi)分子的Feshbach共(gong)振。在Feshbach共振(zhen)附近，三原(yuan)子㊙️分子束(shu)縛态的能(néng)量和散射(shè)态的能量(liàng)趨于一緻(zhi)，同時散射(shè)态和束縛(fu)态之間的(de)耦合被大(dà)幅度地❄️共(gong)振增強。原(yuán)子分子Feshbach共(gong)振的成功(gōng)觀測，為合(hé)成三原子(zi)分子提供(gòng)了新機遇(yù)。

在該項研(yan)究中，中國(guo)科學技術(shu)大學研究(jiu)小組和中(zhōng)國科學院(yuan)💃🏻化學所研(yan)究小組合(hé)作，首次成(cheng)功實現了(le)利用射頻(pín)✏️場相幹合(he)💛成三原子(zǐ)分子。在實(shí)驗中，他們(men)從接近絕(jue)對零度的(de)超冷原子(zǐ)混合氣出(chū)發，制備了(le)處于單一(yī)超精細态(tài)的鈉鉀基(ji)🚶态分子。在(zai)🌈鉀原子和(he)鈉鉀分子(zi)的🈲Feshbach共振附(fu)近，通❄️過射(she)頻場将原(yuan)子分子的(de)🏒散射态和(hé)三原子分(fèn)子的束縛(fù)态耦合在(zài)一起。他們(men)成功地在(zài)鈉鉀分子(zi)的射♋頻損(sun)失譜上觀(guan)測到射頻(pin)合成三原(yuan)子分子信(xìn)🌐号，并測量(liang)了Feshbach共振附(fu)近三原子(zǐ)分子的束(shu)縛能。這一(yī)成果為量(liàng)子模拟和(he)超冷化學(xue)🔞的研究開(kāi)辟了一條(tiáo)新道路。

我(wǒ)國科學家(jia)建立蛋白(bái)質從頭設(she)計新方法(fa)

中國科學(xue)技術大學(xue)劉海燕教(jiāo)授、陳泉副(fu)教授團隊(dui)🏃基于👣數據(jù)驅動原理(li)，開辟出一(yi)條全新的(de)蛋白質從(cong)👣頭設計路(lu)線，在蛋白(bái)質設計這(zhe)一前沿科(ke)技領域實(shi)現了關鍵(jian)核心✂️技術(shù)的♍原始創(chuàng)新，為工業(yè)酶、生物材(cái)料、生物醫(yi)藥蛋白等(deng)功能蛋白(bái)的設計奠(dian)定了堅實(shi)的基礎。相(xiang)關成果北(běi)京時間12月(yuè)17日發表于(yú)《自然》。

蛋白(bai)質是生命(mìng)的基礎，是(shì)生命功能(neng)的主要執(zhi)行者，其結(jié)構🚶‍♀️與功能(neng)由氨基酸(suan)序列所決(jue)定。目前，能(néng)夠形成穩(wěn)定三🔞維結(jie)構的蛋白(bái)質，幾乎全(quan)部是天然(ran)蛋白質，其(qi)氨基酸序(xu)㊙️列是長👅期(qī)自然進化(huà)形成。在天(tiān)然蛋白結(jie)構功能不(bu)能滿足工(gōng)業或醫療(liao)應用需求(qiú)時，想🤞要得(dé)到特定的(de)功能蛋白(bai)，就需要對(duì)其結構進(jin)行設計。近(jìn)年來，國‼️際(jì)上蛋白質(zhì)從頭設計(ji)的代表性(xìng)工作主要(yao)采用RosettaDesign——使用(yòng)天然結構(gòu)片段作為(wei)構建模塊(kuài)來拼接産(chǎn)生人工結(jie)構。然而，這(zhè)種方法存(cun)在設計結(jié)果單一、對(duì)主鍊結構(gou)細節過于(yu)敏感⭐等不(bú)足，顯著限(xiàn)制了設計(jì)主鍊結構(gou)的㊙️多樣性(xing)和可變性(xing)。

中國科(ke)學技術大(da)學相關團(tuan)隊長期深(shēn)耕計算結(jie)構生物學(xue)方向的基(ji)礎研究和(hé)應用基礎(chu)研究。施蘊(yùn)渝院士🈲是(shì)國内這一(yi)領域的開(kai)拓者。劉海(hǎi)燕教授、陳(chén)泉🛀🏻副教授(shòu)團隊十餘(yu)年來🛀緻力(lì)于發展數(shù)據驅動的(de)蛋白質設(shè)計方法。該(gāi)團隊首先(xiān)建立了給(gei)定主鍊結(jie)構㊙️設計氨(an)基酸序列(lie)的ABACUS模型，進(jin)而發展了(le)能在氨基(jī)酸序列待(dài)定時👌從頭(tóu)設計全新(xīn)主鍊結構(gòu)的SCUBA模型。理(li)論計算和(he)實驗證明(ming)，用SCUBA設計主(zhǔ)鍊結構🧑🏽‍🤝‍🧑🏻，能(néng)夠突破隻(zhi)能✔️用天然(ran)片段來拼(pīn)接🌈産生新(xin)主鍊結構(gou)🔴的限制，從(cóng)而顯著擴(kuò)展從頭設(shè)計蛋白的(de)結構多樣(yang)性，甚至設(shè)計出不同(tóng)于已知天(tian)然蛋白的(de)新穎結構(gou)。“SCUBA模㊙️型+ABACUS模型(xing)”構成了能(néng)夠從頭設(she)計具有全(quán)♉新結構和(hé)序列的人(ren)工蛋白🈲完(wán)整工具鍊(liàn)，是RosettaDesign之外🔴目(mu)前唯一經(jīng)充分實驗(yàn)驗證的蛋(dan)白質從頭(tóu)設計方法(fa)，并與之互(hù)為補充。在(zai)論文中，團(tuan)隊報道了(le)9種從頭設(shè)計的蛋白(bai)質分子的(de)高分辨晶(jing)體結構，其(qi)中🐅5種蛋白(bai)質具有不(bu)同于已知(zhi)天然蛋白(bái)的新穎結(jié)構。

審稿人(ren)認為，這項(xiàng)工作中提(ti)出的方法(fa)具有足夠(gou)的⭐新穎性(xing)😘和實用性(xing)；從頭設計(ji)蛋白質具(ju)有挑戰性(xing)，本工作中(zhong)6種🥰不同蛋(dàn)白質的高(gāo)分辨率設(she)計是一項(xiang)重要成就(jiù)⚽，證明這👌種(zhǒng)方法運行(háng)良🈲好。

中國(guo)學者在籠(lóng)目超導體(ti)中發現新(xin)型電子向(xiang)列相

中國(guo)科學技術(shù)大學陳仙(xiān)輝、吳濤和(he)王震宇等(deng)組成的團(tuán)隊，近日在(zai)籠目超導(dao)體CsV3Sb5中發現(xiàn)一種新型(xíng)電子向列(lie)相。該發現(xian)不僅🛀🏻為理(lǐ)解籠目結(jie)構超導體(ti)中電荷密(mi)度波與超(chāo)導電性之(zhi)間的反常(cháng)競争提供(gong)了重要實(shi)驗證據，也(yě)為進一步(bù)研究🔴關聯(lián)電子🌂體系(xì)中與♌非常(cháng)規超導㊙️電(dian)性密切相(xiàng)關的交織(zhī)序提供了(le)新的研究(jiū)方向。相關(guān)成果12月17日(rì)發表🏃于《自(zì)然》。

電子向(xiàng)列相廣泛(fàn)存在于高(gāo)溫超導體(ti)、量子霍爾(er)絕緣體等(děng)電子體系(xì)，與高溫超(chao)導電性之(zhi)間存在緊(jin)密聯系，被(bei)認為是一(yī)種與高溫(wēn)超導相關(guān)聯的交織(zhi)序。探索具(ju)有新結構(gou)超導材料(liao)體系，從而(ér)進一步研(yan)究超導與(yu)各種交織(zhi)序的關聯(lián)是當前領(ling)域的一個(ge)重要研究(jiū)方向，其中(zhōng)一類備受(shòu)關注的體(ti)系為二維(wéi)籠目結構(gòu)。理論預測(ce)二維籠目(mù)體系可呈(chéng)現出新奇(qí)的超導電(dian)性和豐富(fu)的電子有(yǒu)序态，但長(zhǎng)期以來缺(que)乏合适的(de)材料體系(xi)實現其關(guān)聯物理，籠(long)目超導體(ti)CsV3Sb5的發現為(wéi)該方向的(de)探索提供(gong)新的研究(jiu)體系。

籠(long)目結構超(chāo)導體中三(san)重調制電(dian)荷密度波(bō)導緻的電(dian)子㊙️向列序(xu)⛱️與超導電(dian)性的物理(lǐ)示意圖

陳(chén)仙輝團隊(duì)在前期研(yán)究中已成(chéng)功揭示該(gāi)體系中👣面(miàn)内三重調(diao)制的電荷(he)密度波态(tai)，以及電荷(he)密度波與(yu)超導電🧡性(xing)在壓力🌈下(xia)的💘反常競(jing)争關系。

在(zài)此基礎上(shàng)，團隊結合(he)掃描隧道(dào)顯微鏡、核(hé)磁共振以(yǐ)及彈性電(dian)⛱️阻三種實(shí)驗技術，發(fā)現體系在(zai)進入超導(dǎo)态🌂之前，三(san)重調制電(dian)荷🛀🏻密度波(bō)态會進一(yī)步演化為(wéi)一種📞熱力(lì)學🔞穩定的(de)🔴電子向列(lie)相，并确定(dìng)轉變溫🐆度(du)在35開爾文(wén)左右。新型(xing)電子向列(liè)相具有Z3對(duì)稱性，在理(li)論上被three state Potts模(mo)型所描述(shu)，因而又被(bèi)稱為“Potts”向列(lie)相。有趣的(de)是，這種新(xin)型🏃🏻‍♂️電子向(xiàng)列相近期(qi)在雙層轉(zhuǎn)角石墨烯(xī)體系中也(yě)被觀察到(dào)。

這一成果(guǒ)不僅在籠(lóng)目結構超(chao)導體中揭(jie)示了一種(zhong)新型電子(zǐ)🧡向列相，也(ye)為理解這(zhe)類體系中(zhong)超導與電(diàn)荷密度波(bō)之間的競(jìng)争提供了(le)實驗證據(ju)。此前的掃(sao)描隧道譜(pǔ)研究表明(míng)，CsV3Sb5體系中可(kě)能存在超(chāo)導電性與(yǔ)電荷密度(dù)波序相互(hu)⛷️交織而形(xing)成的配對(duì)密度波态(tài)（PDW）。在超導轉(zhuan)變溫度之(zhī)上發現的(de)電子向列(liè)序，可以被(bei)理解成一(yī)種與❌PDW相關(guān)的交織序(xu)，這一結果(guǒ)也為理解(jie)高溫超導(dao)體中的PDW提(tí)供了重要(yào)線索和思(si)路。（記者 王(wáng)⭐利）

來源：央(yāng)視新聞