我國(guó)科學家在多個前沿科技領域實現關鍵核心技

我國首次在超冷(lěng)原子分子(zǐ)混合氣中合成三原子分子

中國科學技術大學潘建偉、趙博等與中國科學院化學所白(bái)春禮小組合作，在超冷原子分子混合氣中(zhōng)首(shǒu)次合成(chéng)三原子分子，向基(jī)于超冷原子分子(zǐ)的(de)量子模拟和超冷量子化學的研究邁出重要一步。該成果2月10日(rì)發表于《自(zì)然》。

量子計算(suàn)和量子模拟具有強大的并(bìng)行計算和模拟能力，不僅(jǐn)能夠解(jiě)決經典計算機無(wú)法處理的計算難題(tí)，還能有效揭示複雜(zá)物理系統的規律，從而為新能源開發、新(xīn)材料設計等(děng)提供指(zhǐ)導。利用高度可控的超冷量子氣(qì)體來模(mó)拟複雜(zá)的(de)難(nán)于計算的物理系統，可以對複雜系統進行精确的(de)全方位研究，因而(ér)在化學反應和新型(xíng)材料設計(jì)中具有廣泛的應用前景。

從超冷原子和雙(shuāng)原子分子混合氣中利用射頻場合成三原子(zǐ)分子的示意圖

超冷分(fèn)子将為實現量子計算打開新思路，并(bìng)為量子模拟提供理(lǐ)想平台。但由于(yú)分子内部的振動轉動能(néng)級複雜(zá)，通過(guò)直接冷(lěng)卻的方法來制備超冷分子非常困(kùn)難。超(chāo)冷原子技術的發展為制備超冷分子提供了(le)一條新途徑。人們可以繞開直接冷卻分子的(de)困難，從超冷原子氣中利用(yòng)激光、電磁場等來合成(chéng)分子。從原子和雙原子分(fèn)子的混合氣中合成三原子分子，是(shì)合成分子領域的重(zhòng)要研(yán)究方向。

中國科學技術大學研究小組在2019年首次觀測到超低溫下原子和雙原子分子的Feshbach共振。在(zài)Feshbach共振附近，三原子分子束縛态的能量和(hé)散射态的(de)能量趨于一緻，同時散射态和(hé)束縛态之間的耦合(hé)被大幅度地共振增強。原(yuán)子分(fèn)子Feshbach共振的成功觀測，為合成三(sān)原子分子提供了新機遇。

在該項研究中，中國科學技術大學(xué)研究小組和中國科學院化(huà)學所研究小組合作，首次成功實現了利用射頻場相幹合成三(sān)原子分子。在實驗中，他們從接近絕對零度的超冷原子混合氣出發，制備了處于單一超精細态的鈉鉀基态分子。在(zài)鉀原(yuán)子和鈉鉀分子(zǐ)的Feshbach共振附近(jìn)，通過射頻場将原(yuán)子分子的(de)散射态和三原子分子的束縛态耦合在一起。他們成功(gōng)地在鈉鉀分子的射頻損失譜上觀測到(dào)射頻合成三原(yuán)子分子(zǐ)信号，并測量了Feshbach共振附(fù)近三原子分子(zǐ)的束縛能(néng)。這一成果為量子模拟和超冷化學的研究開辟了(le)一(yī)條新道路。

我(wǒ)國科學家建立蛋白質從頭設計新方法

中國(guó)科學(xué)技術大學劉海燕教授、陳泉副教授團隊(duì)基于數據驅動原理(lǐ)，開辟出一條全新的蛋白質從頭設計路線，在蛋白質設計這一前沿科(kē)技領域實現了關鍵核心技術的原始創新，為工業酶、生物材料、生物醫(yī)藥蛋白等功能蛋白的設計奠定了(le)堅實的基礎。相關成果北京時(shí)間2月(yuè)10日發表于《自然》。

蛋白質(zhì)是生(shēng)命的基(jī)礎，是生命功能的主(zhǔ)要執行者，其結構與功能由氨基酸(suān)序列所決定。目(mù)前(qián)，能夠形成穩定三(sān)維結構的蛋白(bái)質，幾乎全部是天然蛋白質，其氨基(jī)酸序列是長期自然進化形成。在天然蛋白結構功能不能滿足工業(yè)或醫療應用需求時，想(xiǎng)要得到特定的功(gōng)能蛋(dàn)白，就需要對其結構進(jìn)行設計。近年來，國際上蛋白質從頭設計(jì)的代(dài)表(biǎo)性工作主要采用RosettaDesign——使用天然結構片段作為構建模塊來拼接産(chǎn)生人工結構。然而，這(zhè)種方法存在設計結果單一、對主鍊結構細節(jiē)過于(yú)敏感等不足，顯著限制(zhì)了設計主鍊(liàn)結構的多樣性和可(kě)變性。

中國科學技術大學相關團隊長期(qī)深耕計算結構生(shēng)物學方向的基礎研究和應用基礎研究。施蘊渝院士(shì)是國内這一領域的(de)開拓者。劉海燕教授、陳(chén)泉副(fù)教授(shòu)團隊十餘年來緻(zhì)力于發展數據(jù)驅動的蛋白質設計(jì)方法(fǎ)。該團隊(duì)首先(xiān)建立了給定主鍊結構設計氨基酸序列的ABACUS模型，進而發展了能在氨(ān)基酸序列待定時從頭設計全新(xīn)主鍊(liàn)結構的SCUBA模型。理論(lùn)計(jì)算和實驗證明，用SCUBA設(shè)計主(zhǔ)鍊結構(gòu)，能夠突破隻能用天然片段來拼接産生新主鍊結構的(de)限制，從而顯著擴展從(cóng)頭設計蛋(dàn)白的結構多樣性，甚至設計出不同于已知(zhī)天然蛋白(bái)的新穎結構。“SCUBA模型+ABACUS模型”構成(chéng)了能夠從頭設計具有全新結構和序列(liè)的人工蛋白完整工(gōng)具鍊，是RosettaDesign之外目前(qián)唯一經充分實驗(yàn)驗證(zhèng)的蛋白質從(cóng)頭設計方法，并與之互(hù)為補充。在論文中，團(tuán)隊報道了9種從頭設計的(de)蛋白質分子的高分辨(biàn)晶體結構，其中5種蛋(dàn)白質具有不(bú)同于已知天然蛋白的新穎結構。

審稿人認為，這項工作中提出的方法具有足夠的新(xīn)穎性和實用性；從頭設計蛋白質具有挑(tiāo)戰性，本工作中(zhōng)6種不同蛋白質的高分辨率設計是一項重要成就，證明這種方法運行良好(hǎo)。

中國學者在籠目超導體中發(fā)現新型電子向列相

中國科學技術大學陳仙輝、吳濤和王震宇等組成(chéng)的團隊，近日在籠目超導體CsV3Sb5中發現一種新型電子向列相。該發現不僅(jǐn)為理解籠目結構超導體中電荷密度波(bō)與超導電性之間(jiān)的(de)反常競争提供了重要實驗(yàn)證據，也為進(jìn)一步(bù)研究關聯電子體(tǐ)系中與(yǔ)非常規超(chāo)導電(diàn)性密切相關的(de)交織序提供了新的研究方向。相關成果2月10日發表(biǎo)于《自然》。

電(diàn)子向列相廣泛(fàn)存在于高溫超導體、量子霍爾絕緣體等電子體系，與高溫超導(dǎo)電性之間存(cún)在緊密聯系，被認為是一種與(yǔ)高溫超(chāo)導(dǎo)相關(guān)聯的交織序。探索具有新結構超(chāo)導材(cái)料體系，從而進一步研究超導與各種交織序(xù)的(de)關聯是當前領域的一個重要研(yán)究方向(xiàng)，其(qí)中一類備受關注的體(tǐ)系為二維籠目結構。理論預測二維籠(lóng)目體系可呈現出(chū)新奇的超導電性和(hé)豐富的電子有(yǒu)序态，但長期以來缺乏合适的材料體系(xì)實現(xiàn)其關聯物理，籠目超導體CsV3Sb5的發現為該方向的探索提供新的(de)研究(jiū)體系。

籠目結(jié)構超導體中三重調制電荷密度波導緻(zhì)的(de)電子向列序與超導(dǎo)電性的物理(lǐ)示意圖

陳仙輝團隊在前(qián)期研究中已成功揭示該體系中面内三重調制的電荷密度波态，以及電荷密度波與超導電性在壓(yā)力下的反常競争關系。

在此基礎上(shàng)，團隊結合掃描隧道顯微鏡、核磁(cí)共振以(yǐ)及彈性電阻三種實驗技(jì)術，發現體(tǐ)系在進(jìn)入超導态之前，三重調制電荷密度波(bō)态會進一步演化為一(yī)種熱力學穩定的電子(zǐ)向列(liè)相，并确定轉變溫度在35開爾文左右。新型電子向列相具(jù)有Z3對稱性，在理論上被three state Potts模型所描述，因而又被稱為“Potts”向(xiàng)列相。有趣的是，這種新型電子向列相(xiàng)近期在(zài)雙層轉角石(shí)墨烯體系中也(yě)被觀察到。

這一成果不僅(jǐn)在籠目結構超導體中揭示了一種新型(xíng)電子向列相，也為理解這類體系中超導與(yǔ)電荷密度波之(zhī)間的競争提(tí)供了實驗證據(jù)。此(cǐ)前的掃描隧(suì)道譜研究(jiū)表明，CsV3Sb5體系中可能存在超導電(diàn)性與電荷密度波序相互交織而形(xíng)成的配對密(mì)度波态(tài)（PDW）。在(zài)超導轉變溫度之上發(fā)現(xiàn)的電子向(xiàng)列序，可以被理解成一種與PDW相關的交織序(xù)，這一結果也為理解高溫超(chāo)導體中的PDW提供(gòng)了重要線索和思路。（記者 王利）

來源：央視新聞