我國科學(xué)家在多個前(qian)沿科技領域(yù)實現關鍵核(hé)心技

我國(guó)首次在超冷(leng)原子分子混(hùn)合氣中合成(cheng)三原子分子(zi)

中國科學技(jì)術大學潘建(jian)偉、趙博等與(yǔ)中國科學院(yuan)化學所白春(chūn)禮小組合作(zuo)，在超冷原子(zǐ)分子混合氣(qi)中首次合成(chéng)三原子分子(zi)，向基于超冷(leng)原子分子的(de)量子模拟和(hé)超冷量子化(hua)學的研究邁(mài)出重要一步(bu)。該成果12月8日(rì)發表于✂️《自然(ran)》。

量子計算和(hé)量子模拟具(ju)有強大的并(bìng)行計算和模(mó)拟能力，不💯僅(jin)能夠解決經(jing)典計算機無(wu)法處理的計(ji)🔆算難題，還能(neng)有效揭示複(fú)雜物理系統(tong)的規律，從而(er)為新能源開(kāi)發、新材料設(she)計等提供指(zhǐ)導。利用高度(du)可控的超冷(leng)量子氣體來(lai)模拟複雜的(de)難🌏于計算的(de)🛀🏻物理系統，可(ke)♈以對複雜系(xì)⛱️統進行精确(què)⛷️的全方位研(yan)究，因而在化(huà)學反應和新(xin)型材料設計(ji)中具有廣泛(fàn)的應用前景(jǐng)。

從超冷原子(zǐ)和雙原子分(fen)子混合氣中(zhong)利用射頻場(chang)合成✉️三☔原子(zǐ)分子的示意(yì)圖

超冷分子(zi)将為實現量(liang)子計算打開(kai)新思路，并為(wéi)量子🛀模❗拟提(ti)供🧑🏽‍🤝‍🧑🏻理想平台(tai)。但由于分子(zi)内部的振動(dòng)轉動能級複(fu)雜，通過直接(jie)冷⛹🏻‍♀️卻的方法(fǎ)來制備超冷(lěng)分🏒子非常⛱️困(kun)難。超🎯冷原子(zi)技術的發展(zhan)為制備超冷(leng)分子提供了(le)一條新途徑(jing)。人們可以繞(rao)開直接冷卻(que)分👉子的困難(nán)，從超冷原子(zǐ)氣中利用激(jī)光、電磁場等(děng)來合成分子(zi)。從原子和雙(shuāng)原子分子的(de)混合氣中合(hé)成三原子分(fen)子，是合😘成分(fèn)子領域的重(zhong)要研究方向(xiang)。

中國科學技(jì)術大學研究(jiu)小組在2019年首(shou)次觀測到超(chāo)低溫下⛹🏻‍♀️原子(zi)💋和雙原子分(fèn)子的Feshbach共振。在(zài)Feshbach共振附近，三(san)原子📧分子束(shu)縛态的㊙️能量(liang)和散射态的(de)能量趨于一(yi)🈲緻，同時散射(she)态和束縛态(tai)之間的耦合(he)🈚被大幅度地(dì)共振增強。原(yuán)子分子Feshbach共振(zhen)的成功觀測(cè)，為合成三原(yuán)子分子提供(gong)了新機遇。

在(zai)該項研究中(zhong)，中國科學技(jì)術大學研究(jiu)小組和中國(guó)科🔴學院✍️化學(xue)所研究小組(zǔ)合作，首次成(chéng)功實現了利(li)用射頻場相(xiàng)💚幹合成三原(yuán)子分子。在實(shi)驗中，他們🛀🏻從(cong)接近絕對零(líng)度的超冷原(yuan)子混合氣出(chū)發，制備了處(chu)于單一超精(jing)細态的鈉鉀(jiǎ)基态分子。在(zài)鉀原子和🏃鈉(nà)鉀分子的🏃🏻‍♂️Feshbach共(gòng)振附近，通過(guo)射頻場将原(yuan)子分子的❓散(sàn)射态和三原(yuan)子分子的束(shu)縛🚶态耦合在(zài)一起。他們成(cheng)功地在鈉鉀(jia)分子的射頻(pín)損失譜上觀(guān)測到射頻合(he)成三原子分(fèn)子信号，并測(ce)量了Feshbach共振附(fù)近三原子分(fèn)子的束縛能(néng)。這一成果為(wéi)量💔子模拟和(hé)超冷化學♌的(de)研究開辟了(le)一條新道路(lù)。

我國科學家(jiā)建立蛋白質(zhi)從頭設計新(xin)方法

中國科(ke)學技術大學(xue)劉海燕教授(shou)、陳泉副教授(shòu)團隊基于數(shù)據驅動原理(li)，開辟出一條(tiáo)全新的蛋白(bái)質從頭設計(jì)路線，在蛋白(bai)🌐質設計這一(yi)前沿科技領(lǐng)域實現了關(guan)鍵核心技術(shù)的原始創✉️新(xin)，為工業酶、生(sheng)物材料、生物(wù)醫㊙️藥蛋白等(deng)功能蛋白的(de)設計奠🧑🏾‍🤝‍🧑🏼定了(le)堅實😘的基礎(chu)。相關成果北(běi)京時間12月8日(ri)發表于《自然(ran)》。

蛋白質是生(shēng)命的基礎，是(shi)生命功能的(de)主要執行者(zhě)，其✏️結構♋與功(gong)能由氨基酸(suan)序列所決定(dìng)。目前，能夠形(xíng)成穩💯定三維(wei)結構的蛋白(bái)質，幾乎全部(bù)是天然蛋白(bái)質，其氨基酸(suān)序列是長期(qi)自然進化形(xing)成。在天然蛋(dan)白結構功❌能(neng)不能滿足工(gong)業或醫療應(yīng)用需求時，想(xiǎng)要得到特定(ding)的功能蛋白(bai)，就需要對其(qi)結構進行設(she)計。近年來，國(guo)際🔱上蛋白質(zhì)從頭設計的(de)代表性工作(zuo)主要采用RosettaDesign——使(shǐ)用天然結構(gòu)片段作為構(gòu)建模塊來拼(pīn)接産生人工(gong)結構。然♻️而，這(zhe)種方法存在(zài)設計結果單(dan)一、對主鍊👉結(jié)構細節過于(yu)敏感等不足(zu)，顯著限制了(le)設計主鍊結(jie)構的多樣性(xing)✔️和可變性。

中(zhong)國科學技術(shù)大學相關團(tuán)隊長期深耕(gēng)計算結構生(sheng)物學❓方向的(de)基礎研究和(hé)應用基礎研(yan)究。施蘊渝院(yuan)士是國内這(zhe)一領域的開(kāi)拓者。劉海燕(yàn)教授、陳泉副(fù)教授團隊十(shi)餘年來🌍緻力(lì)于發展數據(ju)驅動的蛋白(bái)質設計方法(fa)。該團隊首先(xiān)建立了給定(dìng)🔱主鍊結構🌂設(she)計氨基酸🔱序(xu)列的ABACUS模型☔，進(jìn)而發展了能(neng)在氨基酸序(xù)列待定時從(cóng)頭設計全新(xīn)主鍊結構的(de)SCUBA模型。理論計(ji)算和實驗證(zhèng)明，用SCUBA設計主(zhǔ)鍊結構，能夠(gou)突破隻能用(yòng)天然片段來(lai)拼接産生新(xīn)主鍊結構的(de)📐限制，從而顯(xiǎn)著擴展從頭(tóu)設計蛋白的(de)結構多樣性(xìng)，甚至🌂設計出(chū)不同于已知(zhi)天然蛋白的(de)新穎結構。“SCUBA模(mó)型+ABACUS模型”構💋成(cheng)了能夠從頭(tóu)設計具有全(quán)✉️新結構和序(xu)列的人工蛋(dàn)白完整工具(jù)鍊，是RosettaDesign之外目(mu)前🚩唯一經充(chōng)分實驗驗證(zheng)的蛋白🔴質從(cong)頭設計方法(fǎ)，并與之互為(wéi)🆚補充。在論文(wén)中，團隊報道(dao)了9種從頭設(she)計的蛋白質(zhì)分子的高✏️分(fèn)辨晶體結構(gòu)，其中5種蛋白(bái)質具有不✨同(tong)于已知天然(rán)蛋🈲白的新穎(ying)結構。

審稿人(ren)認為，這項工(gong)作中提出的(de)方法具有足(zú)夠的新穎性(xìng)和❄️實用性；從(cóng)頭設計蛋白(bái)質具有挑戰(zhan)性，本工作🔴中(zhōng)6種不同蛋白(bai)質的高分辨(bian)率設計是一(yi)項重要成就(jiu)☁️，證明這種方(fang)法運行良好(hao)。

中國學者在(zai)籠目超導體(tǐ)中發現新型(xíng)電子向列相(xiàng)

中國科學技(ji)術大學陳仙(xian)輝、吳濤和王(wáng)震宇等組成(cheng)的📧團隊，近日(ri)在籠目超導(dao)體CsV3Sb5中發現一(yi)種新型電子(zi)✉️向列相。該發(fa)現不僅為理(li)解籠目結構(gou)超導體中電(dian)荷密度波與(yu)超導電性之(zhī)間的反常競(jìng)争提供了重(zhòng)🛀🏻要實驗證☂️據(ju)，也為進☁️一步(bù)研究關聯電(diàn)子體系中與(yǔ)非常規超導(dǎo)電性密切相(xiàng)關的交織序(xù)提供了新的(de)🧑🏽‍🤝‍🧑🏻研究方向。相(xiàng)關成果12月8日(rì)發表💋于《自然(rán)》。

電子向列相(xiang)廣泛存在于(yú)高溫超導體(ti)、量子霍爾絕(jue)緣體等電子(zǐ)體系，與高溫(wen)超導電性之(zhi)間存在緊密(mi)聯系，被認為(wéi)是一種與高(gao)溫超導相關(guān)聯的交織序(xù)。探索具有新(xin)結構超導材(cái)料體系，從而(er)進一步研究(jiu)超導與各種(zhong)交織序的關(guan)聯是當前領(ling)域的一個重(zhong)要研究方向(xiàng)，其中一類備(bèi)受關注的體(tǐ)系為二維籠(lóng)目結構。理論(lùn)預測二維籠(long)目體系可呈(cheng)現出新奇的(de)超導電性和(hé)豐富的電子(zi)有序态，但長(zhǎng)期以來缺乏(fa)合适的材料(liao)體系實現其(qí)關聯物理，籠(long)目超導體CsV3Sb5的(de)發現為該方(fāng)向的探索提(ti)供新的研究(jiu)體系。

籠目結(jié)構超導體中(zhong)三重調制電(diàn)荷密度波導(dao)緻的電子向(xiàng)列序與超導(dǎo)電性的物理(lǐ)示意圖

陳仙(xian)輝團隊在前(qián)期研究中已(yǐ)成功揭示該(gāi)體系中面内(nei)三♈重☔調制的(de)電荷密度波(bo)态，以及電荷(hé)密度波與超(chao)導電性在壓(ya)力下的反常(cháng)競争關系。

在(zai)此基礎上，團(tuan)隊結合掃描(miáo)隧道顯微鏡(jìng)、核磁共振以(yǐ)及彈性電阻(zǔ)三種實驗技(jì)術，發現體系(xi)在進入超導(dǎo)态之前，三重(zhong)😄調制電荷密(mì)度波态會進(jìn)一步演化為(wei)一種熱力學(xué)穩定的🐕電子(zǐ)向列相，并确(què)定轉變溫度(dù)在35開爾文左(zuo)右。新型電子(zi)向列相具有(you)Z3對稱性，在理(li)論上被three state Potts模🐇型(xíng)所描述，因而(er)又被稱為“Potts”向(xiang)列相。有趣💃的(de)是，這種新🤩型(xíng)電子向列相(xiàng)近期在雙層(ceng)轉角石墨烯(xi)體系中⭐也被(bei)觀察到。

這一(yi)成果不僅在(zai)籠目結構超(chao)導體中揭示(shì)了一種新型(xing)電子向列相(xiàng)，也為理解這(zhè)類體系中超(chāo)導與電荷密(mì)度波之間的(de)競争提供了(le)實驗證據。此(ci)前的掃描隧(sui)道譜研究表(biao)明，CsV3Sb5體✉️系中可(ke)能存在超導(dao)電性與電荷(he)密度波序相(xiang)互👣交織而形(xíng)成的配對密(mi)度波态（PDW）。在超(chao)導轉變溫度(dù)之上發現的(de)電子向列序(xù)，可以被😄理解(jiě)成一種📱與PDW相(xiang)關的交織序(xù)，這一結果也(yě)為理解高溫(wēn)超導體中的(de)PDW提供了重要(yao)線索和思路(lu)。（記者 王利）

來(lai)源：央視新聞(wén)