我國科(kē)學家在多個(gè)前(qián)沿科技(jì)領域(yù)實現關鍵核心技

我國(guó)首(shǒu)次在超(chāo)冷(lěng)原子(zǐ)分子(zǐ)混合氣中(zhōng)合成三原子分子

中(zhōng)國科學技(jì)術大學(xué)潘建偉(wěi)、趙博等與(yǔ)中國(guó)科學院化學所(suǒ)白春(chūn)禮(lǐ)小組合(hé)作，在超(chāo)冷原子(zǐ)分子(zǐ)混合氣中(zhōng)首次合(hé)成(chéng)三原子分子，向(xiàng)基于(yú)超冷原子分子(zǐ)的量(liàng)子模拟和(hé)超冷量子化學(xué)的研(yán)究邁出重(zhòng)要一(yī)步。該(gāi)成果(guǒ)2月10日發表于《自(zì)然》。

量子(zǐ)計算和量子(zǐ)模(mó)拟具有強大的并行計算和(hé)模(mó)拟能力(lì)，不僅能(néng)夠解決(jué)經(jīng)典計算機無(wú)法處理(lǐ)的計(jì)算難題，還(hái)能有效(xiào)揭示複雜(zá)物理(lǐ)系統(tǒng)的(de)規律，從(cóng)而(ér)為新(xīn)能源開(kāi)發、新材(cái)料設計(jì)等提供(gòng)指(zhǐ)導。利(lì)用高(gāo)度可(kě)控的超冷(lěng)量子氣體(tǐ)來模拟(nǐ)複雜的(de)難于(yú)計算的物理系(xì)統，可(kě)以對複雜系(xì)統(tǒng)進行(háng)精确的(de)全方位(wèi)研(yán)究，因而(ér)在化(huà)學反應和新型材料(liào)設計中具有廣(guǎng)泛(fàn)的應用(yòng)前景。

從(cóng)超冷(lěng)原子和雙原子分子混合氣中(zhōng)利用射頻場合成三原子分子(zǐ)的示意圖

超冷(lěng)分子将(jiāng)為實現(xiàn)量子計算打開(kāi)新思路，并為量(liàng)子模拟提(tí)供理(lǐ)想平(píng)台。但由于(yú)分子(zǐ)内部的振動(dòng)轉動(dòng)能級複雜，通過直接冷(lěng)卻的方法來制(zhì)備超冷分子非(fēi)常困難。超冷原(yuán)子技術的發展(zhǎn)為制備超(chāo)冷分子提(tí)供了(le)一條(tiáo)新途徑(jìng)。人們可以繞開直接冷(lěng)卻(què)分子的困難(nán)，從超冷(lěng)原子氣(qì)中利用激光、電(diàn)磁場(chǎng)等來合成分子(zǐ)。從原子和(hé)雙原子(zǐ)分子的(de)混合氣中(zhōng)合成(chéng)三原子分(fèn)子，是(shì)合成分子(zǐ)領域(yù)的重(zhòng)要研(yán)究方(fāng)向。

中國科學技(jì)術大學研究小組在2019年首(shǒu)次觀測到超(chāo)低溫下(xià)原子和雙原子分子(zǐ)的feshbach共(gòng)振。在(zài)feshbach共振附近(jìn)，三原(yuán)子分子(zǐ)束縛态的能量和(hé)散射(shè)态的(de)能量(liàng)趨于(yú)一緻(zhì)，同時(shí)散射(shè)态和(hé)束縛态(tài)之間的耦合(hé)被大(dà)幅度(dù)地共振增(zēng)強。原(yuán)子分子feshbach共(gòng)振的成功(gōng)觀測(cè)，為合成三(sān)原子(zǐ)分子(zǐ)提供了新(xīn)機遇。

在該項研究中(zhōng)，中國(guó)科學(xué)技術大(dà)學研究(jiū)小組和中國科(kē)學院化(huà)學(xué)所研究小組(zǔ)合(hé)作，首次成(chéng)功(gōng)實(shí)現了利用射頻場相(xiàng)幹合成三(sān)原子分子(zǐ)。在實(shí)驗中(zhōng)，他們從(cóng)接近絕對零(líng)度(dù)的超冷(lěng)原子混合(hé)氣出(chū)發，制備了處于(yú)單一超精(jīng)細态(tài)的鈉鉀(jiǎ)基态分(fèn)子。在(zài)鉀原子和鈉鉀分子的feshbach共(gòng)振附近，通(tōng)過射(shè)頻場(chǎng)将原子分(fèn)子的散(sàn)射态和(hé)三原子分(fèn)子的(de)束(shù)縛态耦合在(zài)一起。他(tā)們成功(gōng)地在鈉鉀分子的射頻損(sǔn)失譜(pǔ)上觀(guān)測到射頻(pín)合成三原子分(fèn)子信(xìn)号，并測(cè)量(liàng)了feshbach共(gòng)振附近三(sān)原子分子(zǐ)的束(shù)縛能(néng)。這一成果為量子(zǐ)模(mó)拟和(hé)超冷(lěng)化(huà)學的研(yán)究開(kāi)辟了(le)一條(tiáo)新道路。

我國科(kē)學家建立(lì)蛋白(bái)質從頭設計新(xīn)方法(fǎ)

中(zhōng)國科學技術大學劉海(hǎi)燕教(jiāo)授、陳(chén)泉副(fù)教授(shòu)團隊基于數據驅動(dòng)原理，開辟出一(yī)條全(quán)新的蛋(dàn)白(bái)質從(cóng)頭設(shè)計路線，在(zài)蛋白(bái)質設(shè)計這(zhè)一前沿科技領(lǐng)域實現了關(guān)鍵(jiàn)核心(xīn)技術(shù)的原(yuán)始創新(xīn)，為工業(yè)酶、生(shēng)物材料、生(shēng)物醫藥蛋(dàn)白等(děng)功能蛋(dàn)白(bái)的設(shè)計奠(diàn)定了(le)堅實(shí)的基(jī)礎(chǔ)。相關成(chéng)果北京時間2月10日發表于《自然(rán)》。

蛋白質是生命(mìng)的基(jī)礎(chǔ)，是生命(mìng)功能的主要執行者(zhě)，其結構與(yǔ)功能由氨基酸序列(liè)所決定。目(mù)前，能(néng)夠形成穩(wěn)定三維(wéi)結構的(de)蛋白質，幾乎全部是天然蛋白(bái)質，其(qí)氨基酸序列是(shì)長期自然進化形成。在天(tiān)然蛋(dàn)白結構功能不能(néng)滿足工(gōng)業或醫療(liáo)應用(yòng)需求時，想(xiǎng)要得到特(tè)定(dìng)的功能蛋白(bái)，就需要對(duì)其結(jié)構進行設(shè)計。近年來，國際上蛋白質(zhì)從頭設計的(de)代(dài)表性工作主(zhǔ)要采用(yòng)rosettadesign——使(shǐ)用天(tiān)然結構(gòu)片段作為構(gòu)建(jiàn)模塊來拼(pīn)接産生人(rén)工(gōng)結構。然(rán)而，這(zhè)種(zhǒng)方法存(cún)在設(shè)計結果單(dān)一、對主鍊結構細節(jiē)過(guò)于敏感(gǎn)等不足，顯(xiǎn)著限(xiàn)制了設計主鍊(liàn)結構的多樣性(xìng)和可(kě)變性。

中(zhōng)國科學技(jì)術(shù)大學相關團隊長(zhǎng)期深耕計算結構生(shēng)物學方向(xiàng)的基礎研究和(hé)應用基礎研究(jiū)。施蘊渝院(yuàn)士是(shì)國内這一領域(yù)的開(kāi)拓者。劉海燕教授、陳(chén)泉副(fù)教授團(tuán)隊十餘(yú)年來(lái)緻力于發(fā)展數據(jù)驅動的(de)蛋白質設計方(fāng)法。該團隊(duì)首先(xiān)建立(lì)了(le)給定(dìng)主鍊結(jié)構(gòu)設計氨基酸序列的abacus模型，進而發展了(le)能(néng)在(zài)氨基(jī)酸序(xù)列待(dài)定時(shí)從頭(tóu)設計全(quán)新主鍊結構的scuba模型。理(lǐ)論計算和實驗(yàn)證明，用scuba設(shè)計主(zhǔ)鍊結構，能夠突(tū)破隻能用(yòng)天然片段來拼接産(chǎn)生新(xīn)主鍊結構(gòu)的限(xiàn)制，從而顯(xiǎn)著擴展從頭(tóu)設計蛋(dàn)白的結構(gòu)多樣性(xìng)，甚至設(shè)計出(chū)不同于已(yǐ)知天(tiān)然(rán)蛋白的(de)新穎結(jié)構。“scuba模型(xíng)+abacus模型”構成(chéng)了能(néng)夠從(cóng)頭(tóu)設計具(jù)有全新結(jié)構和序(xù)列的人工蛋(dàn)白完整工(gōng)具(jù)鍊(liàn)，是rosettadesign之外目前唯(wéi)一經充(chōng)分(fèn)實驗驗證(zhèng)的蛋(dàn)白質(zhì)從頭設計(jì)方法(fǎ)，并與之互為(wéi)補(bǔ)充。在論文(wén)中，團(tuán)隊報(bào)道了9種從(cóng)頭設計的(de)蛋白(bái)質分(fèn)子的高分(fèn)辨晶(jīng)體結構，其(qí)中5種(zhǒng)蛋白質具(jù)有不(bú)同(tóng)于(yú)已知天然(rán)蛋白(bái)的新穎結構。

審(shěn)稿人(rén)認為(wéi)，這項(xiàng)工作(zuò)中提(tí)出的(de)方法具有(yǒu)足(zú)夠的新穎性和實用性(xìng)；從頭設計蛋白(bái)質具有挑戰(zhàn)性，本工(gōng)作中6種不同蛋白質的高(gāo)分辨率設計是(shì)一項重要成就(jiù)，證明(míng)這種方(fāng)法(fǎ)運行良(liáng)好(hǎo)。

中國學者(zhě)在籠目超(chāo)導體中發(fā)現新(xīn)型電子向列相(xiàng)

中國科學技術(shù)大學陳(chén)仙輝、吳(wú)濤和王(wáng)震(zhèn)宇等組成(chéng)的團隊，近(jìn)日在籠目超導(dǎo)體csv3sb5中(zhōng)發現一種(zhǒng)新型電子向列相。該發現不僅為理解籠(lóng)目結(jié)構超(chāo)導體(tǐ)中電(diàn)荷密度波(bō)與超導電(diàn)性之間的(de)反常競争提供(gòng)了重(zhòng)要實驗證(zhèng)據，也為(wéi)進一步(bù)研究(jiū)關聯電(diàn)子(zǐ)體系中與非常(cháng)規超導電性密(mì)切相關的(de)交織(zhī)序提供了新的(de)研究方向(xiàng)。相關成果2月10日發表于《自然》。

電(diàn)子向(xiàng)列相廣泛存在(zài)于高溫超導體(tǐ)、量子霍(huò)爾(ěr)絕(jué)緣(yuán)體等(děng)電子體系，與高溫超導電(diàn)性之(zhī)間(jiān)存(cún)在緊(jǐn)密聯系，被(bèi)認為(wéi)是一種(zhǒng)與(yǔ)高溫(wēn)超導相關(guān)聯的(de)交織(zhī)序。探(tàn)索具(jù)有新(xīn)結構超導材料體系，從而(ér)進一步研究(jiū)超(chāo)導與各種(zhǒng)交織(zhī)序的關(guān)聯是當(dāng)前領(lǐng)域的一個(gè)重要研究方向(xiàng)，其中(zhōng)一類(lèi)備受(shòu)關注(zhù)的(de)體系為(wéi)二維籠目結構(gòu)。理論(lùn)預測二維(wéi)籠目體系可呈(chéng)現出(chū)新奇的超(chāo)導電(diàn)性和(hé)豐富(fù)的電(diàn)子有序态(tài)，但長期(qī)以(yǐ)來缺(quē)乏合适的材料(liào)體系實現其關(guān)聯物理，籠目超(chāo)導體csv3sb5的(de)發(fā)現為(wéi)該方(fāng)向的探索(suǒ)提供新的研究(jiū)體系(xì)。

籠目結(jié)構超導體(tǐ)中三(sān)重調(diào)制電荷密(mì)度波導(dǎo)緻的電(diàn)子向(xiàng)列序與超導(dǎo)電性(xìng)的物理(lǐ)示意(yì)圖(tú)

陳(chén)仙(xiān)輝(huī)團隊在前期研究中已成(chéng)功揭(jiē)示該體(tǐ)系(xì)中面(miàn)内三(sān)重調制的(de)電荷密度波(bō)态，以及電荷(hé)密度(dù)波與超(chāo)導電性(xìng)在壓力(lì)下(xià)的反(fǎn)常競争關(guān)系。

在(zài)此基礎上，團隊結合掃描隧道(dào)顯微(wēi)鏡、核磁共(gòng)振以及彈性電(diàn)阻三(sān)種(zhǒng)實驗技(jì)術，發現體系在(zài)進入超導态之前，三重調(diào)制電(diàn)荷密(mì)度波态會(huì)進一步演化為(wéi)一種熱力學穩(wěn)定的電子向列相，并(bìng)确定轉變(biàn)溫度(dù)在35開爾文(wén)左右(yòu)。新型電子(zǐ)向列相具有z3對稱性，在理論上(shàng)被three state potts模(mó)型所(suǒ)描述(shù)，因而(ér)又被稱為“potts”向列相。有趣的(de)是，這(zhè)種新型電(diàn)子向列相近期(qī)在雙(shuāng)層(céng)轉角石(shí)墨烯體系(xì)中也被(bèi)觀察到。

這一(yī)成果不(bú)僅(jǐn)在籠(lóng)目結(jié)構超導體(tǐ)中揭(jiē)示(shì)了(le)一種(zhǒng)新型(xíng)電子向列(liè)相(xiàng)，也為理解這類體(tǐ)系中(zhōng)超(chāo)導(dǎo)與電荷(hé)密(mì)度波之間的(de)競争提(tí)供了實驗(yàn)證據(jù)。此前的掃描隧(suì)道譜研究(jiū)表(biǎo)明，csv3sb5體系中(zhōng)可(kě)能存在超導電(diàn)性與電荷(hé)密度波序(xù)相互交織(zhī)而形(xíng)成的配對密度(dù)波态（pdw）。在超(chāo)導轉(zhuǎn)變溫度之上發(fā)現的電子向列(liè)序，可以(yǐ)被理解(jiě)成一(yī)種與pdw相關(guān)的交織序(xù)，這一(yī)結果也為理解(jiě)高溫超導體中(zhōng)的pdw提供(gòng)了重要(yào)線索和思路。（記者 王利）

來(lái)源：央(yāng)視新(xīn)聞