我國(guó)科學家(jiā)在(zài)多個前(qián)沿(yán)科技領域(yù)實現關鍵(jiàn)核(hé)心(xīn)技

我國(guó)首(shǒu)次在超冷(lěng)原子分子(zǐ)混(hùn)合氣中合成三原(yuán)子分子

中(zhōng)國科學技術大(dà)學潘建(jiàn)偉、趙博(bó)等與(yǔ)中國(guó)科學(xué)院化(huà)學所(suǒ)白春(chūn)禮小組合(hé)作，在(zài)超冷原子分子(zǐ)混合氣中(zhōng)首次(cì)合成(chéng)三原(yuán)子分(fèn)子，向基于(yú)超冷(lěng)原子(zǐ)分子的量(liàng)子模拟和(hé)超冷(lěng)量子化(huà)學的研(yán)究邁出重要一(yī)步(bù)。該成果2月10日(rì)發表于《自然(rán)》。

量(liàng)子計算和(hé)量子模拟(nǐ)具有(yǒu)強大(dà)的并(bìng)行(háng)計算和(hé)模拟能力，不僅(jǐn)能夠(gòu)解決經典(diǎn)計算機無(wú)法處理的計算難題(tí)，還能有(yǒu)效(xiào)揭示(shì)複雜物理系統(tǒng)的規律，從(cóng)而為(wéi)新能源開(kāi)發、新(xīn)材料設計(jì)等提供指導。利(lì)用高度可控的超冷量子氣(qì)體來(lái)模(mó)拟複(fú)雜(zá)的(de)難于(yú)計算的物(wù)理系(xì)統，可以對複雜(zá)系統進行(háng)精确(què)的全方(fāng)位研究(jiū)，因而在化(huà)學反(fǎn)應和新(xīn)型材料(liào)設計(jì)中(zhōng)具有廣泛的應(yīng)用(yòng)前景(jǐng)。

從超冷原子(zǐ)和雙原子分(fèn)子(zǐ)混合氣中利用(yòng)射頻(pín)場(chǎng)合(hé)成三原子(zǐ)分子的示(shì)意圖

超冷分子(zǐ)将為(wéi)實(shí)現(xiàn)量子(zǐ)計算打開新思路，并為量子模(mó)拟提供理想平(píng)台。但由于分子(zǐ)内部的振動轉(zhuǎn)動能級複雜，通過直(zhí)接(jiē)冷(lěng)卻的(de)方法(fǎ)來(lái)制(zhì)備超(chāo)冷分子非(fēi)常困(kùn)難。超冷原(yuán)子技(jì)術的(de)發展(zhǎn)為制(zhì)備超冷分子提(tí)供了一條新途(tú)徑。人們可(kě)以繞(rào)開直接冷(lěng)卻分(fèn)子的(de)困難，從超冷原子氣中利(lì)用激光、電(diàn)磁場(chǎng)等來合(hé)成分子。從原子和雙原(yuán)子分子的(de)混合(hé)氣中合(hé)成三原(yuán)子分子，是合成分子(zǐ)領域的重(zhòng)要研(yán)究方(fāng)向(xiàng)。

中(zhōng)國科學技術大(dà)學研究(jiū)小組在(zài)2019年首次觀(guān)測到(dào)超低(dī)溫下原子(zǐ)和雙原子分子(zǐ)的feshbach共(gòng)振。在(zài)feshbach共振(zhèn)附近，三原子分(fèn)子束縛态(tài)的能量和(hé)散射态的(de)能量(liàng)趨(qū)于(yú)一緻(zhì)，同時(shí)散射态和(hé)束縛态(tài)之間的耦合(hé)被大幅度地共振增(zēng)強。原(yuán)子分(fèn)子feshbach共振的(de)成功(gōng)觀測，為合(hé)成三原子分子提供了(le)新機遇(yù)。

在該項(xiàng)研究中(zhōng)，中國科學技術(shù)大學研(yán)究(jiū)小組(zǔ)和中國科學院(yuàn)化學(xué)所研究小(xiǎo)組合作，首次成(chéng)功實現(xiàn)了利用(yòng)射頻場相(xiàng)幹合成三原子分子。在實(shí)驗(yàn)中，他們從接近(jìn)絕對零(líng)度的超(chāo)冷原子混合氣出(chū)發，制(zhì)備了處(chù)于(yú)單一(yī)超精(jīng)細态(tài)的鈉(nà)鉀(jiǎ)基(jī)态分子。在(zài)鉀原(yuán)子和鈉鉀(jiǎ)分子的feshbach共(gòng)振附(fù)近，通過(guò)射(shè)頻場(chǎng)将原子(zǐ)分(fèn)子的(de)散射(shè)态和三原(yuán)子分子的束縛(fù)态耦合在一起(qǐ)。他們成功地在鈉鉀(jiǎ)分子的射(shè)頻損(sǔn)失譜(pǔ)上觀(guān)測到(dào)射(shè)頻合成(chéng)三原子分子信号，并測(cè)量了feshbach共(gòng)振附(fù)近(jìn)三原子分(fèn)子的束縛能(néng)。這一成(chéng)果為量子模拟和超冷化學的研(yán)究開(kāi)辟了(le)一條新道(dào)路。

我國科學家(jiā)建立(lì)蛋白質從(cóng)頭設計新(xīn)方法(fǎ)

中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)劉海燕教(jiāo)授(shòu)、陳(chén)泉副教授(shòu)團隊基于(yú)數據驅動(dòng)原理，開辟(pì)出一(yī)條全(quán)新的蛋白(bái)質從頭設(shè)計路線，在(zài)蛋白(bái)質設(shè)計這一(yī)前(qián)沿科技領(lǐng)域實(shí)現了關(guān)鍵核心(xīn)技術的原(yuán)始創新，為工業酶、生(shēng)物材料、生物(wù)醫(yī)藥蛋(dàn)白等(děng)功能(néng)蛋白的設計奠(diàn)定了堅(jiān)實的基(jī)礎。相關成(chéng)果北(běi)京時(shí)間2月(yuè)10日(rì)發(fā)表于《自然(rán)》。

蛋白(bái)質是(shì)生命的基(jī)礎，是生命功能的主要(yào)執行者(zhě)，其結構與功能(néng)由氨基酸(suān)序列(liè)所決定。目前，能(néng)夠形(xíng)成穩(wěn)定三(sān)維(wéi)結構的(de)蛋白(bái)質，幾(jǐ)乎(hū)全部是天然蛋(dàn)白(bái)質，其(qí)氨基(jī)酸序列是(shì)長期(qī)自然(rán)進化形成。在天(tiān)然蛋(dàn)白結(jié)構功(gōng)能(néng)不(bú)能滿足工業或(huò)醫療應(yīng)用需求時，想要得到特(tè)定的功能蛋白(bái)，就需要對(duì)其結構進行(háng)設(shè)計。近年來(lái)，國際上蛋(dàn)白質從頭(tóu)設計(jì)的(de)代(dài)表性工作(zuò)主要采(cǎi)用rosettadesign——使(shǐ)用(yòng)天然結構(gòu)片段(duàn)作為構建(jiàn)模塊(kuài)來拼接(jiē)産(chǎn)生人(rén)工結構(gòu)。然(rán)而，這(zhè)種方(fāng)法(fǎ)存在設(shè)計結果單一、對(duì)主鍊(liàn)結構細節(jiē)過于敏(mǐn)感等不(bú)足，顯(xiǎn)著限制了(le)設計主鍊結構(gòu)的多樣性和可(kě)變性。

中(zhōng)國科(kē)學技(jì)術大(dà)學相關團隊長(zhǎng)期深耕(gēng)計算結(jié)構生(shēng)物學方向的基礎研(yán)究(jiū)和應用(yòng)基礎研究。施蘊(yùn)渝院(yuàn)士是國内(nèi)這一領域(yù)的開(kāi)拓者(zhě)。劉海燕教(jiāo)授、陳泉(quán)副教授團隊(duì)十(shí)餘(yú)年來(lái)緻力于發展數(shù)據驅(qū)動的蛋白(bái)質設計方法。該團隊(duì)首先建立了給(gěi)定主鍊結構設計氨基酸(suān)序列(liè)的(de)abacus模型，進而發展了能在(zài)氨基酸(suān)序列待(dài)定時(shí)從頭設計(jì)全新主鍊(liàn)結構的scuba模型。理論計(jì)算和實驗證(zhèng)明，用scuba設(shè)計主(zhǔ)鍊結構，能夠(gòu)突破隻能用(yòng)天然片段(duàn)來拼接産生新(xīn)主鍊結構的限制，從而顯著擴(kuò)展從(cóng)頭(tóu)設計蛋(dàn)白的結構多樣(yàng)性，甚(shèn)至設計出(chū)不同于已(yǐ)知天然蛋(dàn)白的(de)新穎(yǐng)結構(gòu)。“scuba模(mó)型(xíng)+abacus模型(xíng)”構成(chéng)了能夠從(cóng)頭設計(jì)具有全(quán)新結(jié)構和序列(liè)的人(rén)工蛋白完(wán)整工(gōng)具(jù)鍊，是rosettadesign之(zhī)外目(mù)前唯一經(jīng)充分(fèn)實驗驗證(zhèng)的蛋白(bái)質(zhì)從頭(tóu)設計(jì)方(fāng)法，并與(yǔ)之互為補充。在(zài)論文中，團隊報(bào)道了9種從(cóng)頭設(shè)計的(de)蛋(dàn)白質分(fèn)子的高(gāo)分(fèn)辨晶體結構，其(qí)中5種(zhǒng)蛋白(bái)質具(jù)有不同于已知天然(rán)蛋白的(de)新穎結(jié)構。

審稿人(rén)認為(wéi)，這項工作中提出的(de)方法具有足夠的(de)新穎性(xìng)和實用性；從頭設計蛋白(bái)質具有挑(tiāo)戰性，本工(gōng)作中6種不同蛋(dàn)白質的高分辨(biàn)率設(shè)計是一項重要成(chéng)就(jiù)，證明(míng)這種方法運行良好(hǎo)。

中(zhōng)國學者(zhě)在籠目超(chāo)導體(tǐ)中發(fā)現(xiàn)新(xīn)型電(diàn)子向列(liè)相

中國(guó)科學技術大學(xué)陳仙(xiān)輝、吳濤和(hé)王(wáng)震宇等組成(chéng)的團隊，近(jìn)日(rì)在(zài)籠目(mù)超導(dǎo)體csv3sb5中(zhōng)發現一(yī)種新型(xíng)電子(zǐ)向列相。該(gāi)發(fā)現不僅(jǐn)為理(lǐ)解籠(lóng)目結構超(chāo)導體中電荷密度波(bō)與超導電(diàn)性之間的反常競争提(tí)供了重(zhòng)要實(shí)驗證(zhèng)據，也(yě)為進一步研究(jiū)關聯電子(zǐ)體系(xì)中與(yǔ)非常規超導電性密切相(xiàng)關的交織(zhī)序提(tí)供了新的(de)研究(jiū)方向(xiàng)。相(xiàng)關成果(guǒ)2月10日發表于《自然》。

電(diàn)子向列相(xiàng)廣泛(fàn)存在(zài)于高(gāo)溫超導體(tǐ)、量子(zǐ)霍爾絕(jué)緣體等(děng)電子(zǐ)體(tǐ)系，與高(gāo)溫超導電性之(zhī)間存在緊(jǐn)密聯(lián)系，被(bèi)認為(wéi)是一種與高溫超導(dǎo)相關聯(lián)的(de)交織(zhī)序。探索具有新(xīn)結構超導材料(liào)體系，從而(ér)進一(yī)步研究(jiū)超(chāo)導與(yǔ)各種(zhǒng)交織序的(de)關(guān)聯是當(dāng)前領(lǐng)域的一個重要(yào)研究方向，其中(zhōng)一類備(bèi)受關注(zhù)的體系為(wéi)二維籠目結構。理論(lùn)預測(cè)二維籠(lóng)目(mù)體系(xì)可呈現出新奇的超(chāo)導電性和豐富的電(diàn)子(zǐ)有序(xù)态，但長(zhǎng)期以來缺(quē)乏(fá)合(hé)适的(de)材料體系實現其關(guān)聯物(wù)理，籠(lóng)目超導體(tǐ)csv3sb5的發現為該方(fāng)向的探索(suǒ)提供(gòng)新的研究體系(xì)。

籠目結(jié)構超導體(tǐ)中三重調(diào)制電(diàn)荷密度波(bō)導緻的電子向(xiàng)列序與超(chāo)導(dǎo)電性的物理(lǐ)示意圖

陳仙輝(huī)團隊在前(qián)期研究中(zhōng)已成功揭(jiē)示該(gāi)體系中(zhōng)面(miàn)内三(sān)重調制的(de)電荷(hé)密度波(bō)态，以及(jí)電荷(hé)密度(dù)波與超導電性在壓(yā)力下的反(fǎn)常競(jìng)争關系。

在此基(jī)礎上，團(tuán)隊(duì)結合(hé)掃描(miáo)隧(suì)道顯微鏡、核(hé)磁共(gòng)振以(yǐ)及彈(dàn)性電阻(zǔ)三種實(shí)驗技術，發現體系(xì)在進入(rù)超導态之前，三(sān)重調制電荷密(mì)度波态(tài)會(huì)進一(yī)步演化為一種(zhǒng)熱力學(xué)穩(wěn)定的電子(zǐ)向列相，并(bìng)确定轉變溫度(dù)在35開(kāi)爾文左右(yòu)。新型電子向列(liè)相具(jù)有(yǒu)z3對稱性，在理(lǐ)論上(shàng)被three state potts模(mó)型所描述(shù)，因而(ér)又被(bèi)稱為“potts”向(xiàng)列相。有(yǒu)趣的(de)是，這(zhè)種新型電(diàn)子向(xiàng)列相近期在雙(shuāng)層轉角石墨烯(xī)體系中也被觀(guān)察到。

這一成果(guǒ)不僅在籠目結(jié)構超導體(tǐ)中揭示了(le)一(yī)種新型(xíng)電子(zǐ)向(xiàng)列相，也(yě)為理(lǐ)解這(zhè)類體(tǐ)系中超(chāo)導(dǎo)與電荷密度波之間(jiān)的競争提(tí)供了(le)實驗(yàn)證據。此(cǐ)前的掃描隧道譜研究表明(míng)，csv3sb5體系中可(kě)能存在超(chāo)導(dǎo)電性與(yǔ)電荷(hé)密度波序相互交織(zhī)而形成的(de)配對密(mì)度(dù)波态（pdw）。在超(chāo)導轉變溫度之上發(fā)現的(de)電子(zǐ)向列序，可(kě)以被理(lǐ)解成一種與pdw相關的交(jiāo)織序(xù)，這一(yī)結果(guǒ)也為(wéi)理解高溫(wēn)超導體中的pdw提(tí)供了(le)重要線索(suǒ)和思(sī)路。（記者 王利）

來源：央視新聞