我(wo)國科學家在(zai)多個前沿科(ke)技領域實現(xian)關鍵核心技(ji)

我國首次(ci)在超冷原子(zi)分子混合氣(qi)中合成三原(yuán)子分子

中國(guó)科學技術大(dà)學潘建偉、趙(zhao)博等與中國(guó)科學院化學(xué)所白春禮小(xiǎo)組合作，在超(chāo)冷原子分子(zi)混合氣❌中首(shou)次合成三原(yuán)子分子，向基(jī)于超冷原子(zǐ)分子的量子(zǐ)模拟和超冷(leng)量子化學的(de)研究邁出重(zhòng)要一步。該成(chéng)果12月16日發表(biǎo)于《自然》。

量子(zi)計算和量子(zi)模拟具有強(qiang)大的并行計(jì)算和模拟能(néng)力，不僅能夠(gou)解決經典計(ji)算機無法處(chu)理的計算難(nan)🌐題，還能有效(xiào)揭示複雜物(wù)理系統的規(guī)律，從而為新(xin)能源開發、新(xin)材料設計等(deng)提供指導。利(li)用高度可控(kòng)的超冷量子(zǐ)氣體來模拟(nǐ)☀️複雜的難于(yu)計算的物理(li)系統，可以對(dui)複雜系統進(jin)行精确的全(quan)方位研🔞究，因(yīn)而在化學⭐反(fǎn)應和新型材(cái)料設計中具(jù)有廣泛的應(yīng)用前📞景。

從超(chāo)冷原子和雙(shuang)原子分子混(hun)合氣中利用(yong)射頻場⭐合📐成(chéng)三原子分子(zǐ)的示意圖

超(chāo)冷分子将為(wéi)實現量子計(jì)算打開新思(si)路，并為量子(zi)模拟🏃‍♂️提供理(lǐ)想平台。但由(you)于分子内部(bu)的振動轉🤩動(dòng)能級複雜，通(tōng)過直🏒接冷卻(què)的方法來制(zhì)備超冷分子(zi)非常困難。超(chāo)冷原子技術(shu)的發展為制(zhi)備超冷分子(zi)提供了一條(tiáo)新途徑。人們(men)可以繞開直(zhí)接冷卻分㊙️子(zǐ)的困難，從超(chao)冷原子氣中(zhong)利用激光、電(dian)磁場等來合(hé)成分子。從原(yuan)🔆子和雙原子(zi)分🛀子的混合(he)氣中合成三(san)原子分子，是(shì)合成分子領(ling)域的重要研(yán)究方向。

中國(guó)科學技術大(da)學研究小組(zǔ)在2019年首次觀(guan)測到超低溫(wen)下原🔴子💘和雙(shuang)原子分子的(de)Feshbach共振。在Feshbach共振(zhèn)附近，三原子(zǐ)🏃‍♂️分子❄️束縛态(tai)的能量和散(san)射态的能量(liàng)趨于一緻，同(tóng)時散射态和(hé)束縛态之間(jian)的耦合被大(da)幅度地共振(zhen)增強🥵。原子分(fen)子Feshbach共振的成(chéng)功觀測，為合(he)成三原🙇‍♀️子分(fèn)子提供了新(xīn)機遇。

在該項(xiang)研究中，中國(guo)科學技術大(dà)學研究小組(zǔ)和中國科學(xue)院‼️化學所研(yan)究小組合作(zuo)，首次成功實(shí)現了利用射(she)頻場相幹合(he)成三原子分(fèn)子。在實驗中(zhōng)，他們從接近(jin)絕對零度的(de)超🐆冷原子混(hùn)合氣出發，制(zhi)備了處于單(dān)一超精細态(tài)的鈉鉀基态(tai)分子。在鉀原(yuán)子和鈉鉀分(fen)子的Feshbach共振附(fù)近，通過射頻(pín)場将🈲原子分(fèn)子的💋散射态(tai)和三原子分(fèn)子的束縛👅态(tài)耦合在一起(qi)🧑🏾‍🤝‍🧑🏼。他們成功地(dì)在鈉鉀分子(zi)的射頻損失(shi)譜上觀測到(dao)射頻合成三(sān)原子分子信(xin)号，并測量了(le)Feshbach共振附👄近三(sān)原子分子的(de)束縛能。這一(yī)成果為量子(zi)模拟和超冷(lěng)化學💯的研究(jiū)開辟了一條(tiao)新道路。

我國(guo)科學家建立(li)蛋白質從頭(tóu)設計新方法(fǎ)

中國科學技(ji)術大學劉海(hǎi)燕教授、陳泉(quán)副教授團隊(dui)基于🚩數據驅(qū)動原理，開辟(pì)出一條全新(xin)的蛋白質從(cóng)頭設計路線(xian)，在蛋白質設(she)計這一前沿(yán)科技領域實(shí)現了關鍵核(he)心技術的原(yuan)始創🌏新，為工(gōng)業酶、生物材(cai)㊙️料、生物醫藥(yao)蛋白等功能(néng)蛋白的設計(jì)奠定了堅實(shi)🏃‍♂️的基礎。相關(guān)成果北京時(shi)間12月16日發表(biǎo)于《自然》。

蛋白(bái)質是生命的(de)基礎，是生命(mìng)功能的主要(yào)執行者，其結(jié)構與功能由(you)氨基酸序列(lie)所決定。目前(qián)，能夠形💞成穩(wěn)🔆定三維結🐆構(gòu)的蛋白質，幾(ji)乎全部是天(tiān)然蛋白質，其(qi)氨基酸序列(liè)是長期自然(rán)進化形成。在(zai)天然蛋白結(jie)構功能不能(néng)滿足工業或(huò)醫療應用需(xu)求時，想🚶‍♀️要得(de)到特定☔的功(gōng)能蛋白，就需(xu)要對其結構(gòu)進行設計。近(jìn)年來，國際上(shang)蛋白質從頭(tóu)設計的代表(biao)性工作主要(yào)采用RosettaDesign——使用天(tian)然結構片段(duàn)作為構建模(mo)塊來拼⭐接産(chan)生人工結構(gou)。然而，這種方(fāng)法存在設🍓計(jì)結果單一、對(duì)主鍊結構細(xì)節過🌏于敏感(gan)等不足，顯著(zhe)限制了設計(jì)主鍊結構的(de)多樣性和可(ke)變性。

中國科(ke)學技術大學(xue)相關團隊長(zhang)期深耕計算(suan)結構👨‍❤️‍👨生物學(xué)🐇方向的基礎(chǔ)研究和應用(yòng)基礎研究。施(shī)蘊渝院士是(shi)國内這一領(lǐng)域的開拓者(zhe)。劉海燕教授(shou)、陳泉副教授(shòu)🌈團隊十餘年(nián)來🈲緻力于發(fā)展數據驅動(dòng)的蛋白質設(she)計方法。該團(tuan)隊首先建立(lì)了給定🌈主鍊(liàn)結構設計氨(ān)基酸序列的(de)ABACUS模型，進而發(fā)展了能在氨(ān)基酸序列待(dai)定時從頭設(she)計全新主鍊(lian)結構的SCUBA模型(xíng)💛。理論計算和(he)實♋驗證明，用(yòng)SCUBA設計主鍊結(jie)構，能夠突破(pò)隻能🐪用天然(ran)片段來拼接(jiē)⛱️産生新主鍊(lian)結構的限制(zhi)，從而顯著擴(kuò)展從頭設計(jì)蛋白的結構(gòu)多樣性，甚至(zhi)設計💔出不同(tóng)于已知天然(ran)蛋白的新穎(yǐng)結構。“SCUBA模型+ABACUS模(mó)型”構成了能(néng)夠從頭設計(ji)具有👉全新結(jié)構和序列的(de)人工蛋白完(wán)整工具鍊，是(shì)RosettaDesign之外目前唯(wéi)一經充分實(shi)驗驗證的蛋(dàn)白質從頭設(she)計方法，并與(yǔ)❓之互♋為㊙️補充(chōng)。在論文中，團(tuán)隊報道了9種(zhong)‼️從頭設計的(de)蛋🤩白質分子(zǐ)的高分辨晶(jīng)體結構，其中(zhong)5種蛋白質🏒具(ju)有不同于已(yi)知天然蛋白(bái)的新穎結構(gòu)。

審稿人認為(wéi)，這項工作中(zhōng)提出的方法(fǎ)具有足夠的(de)新穎性❌和實(shí)☎️用性；從頭設(she)計蛋白質具(ju)有挑戰性，本(běn)工作中6種🔞不(bu)同蛋白💛質的(de)高分辨率設(shè)計是一項重(zhòng)要成就，證明(míng)這♊種方法😄運(yun)行良好。

中國(guo)學者在籠目(mu)超導體中發(fā)現新型電子(zi)向列相

中國(guó)科學技術大(da)學陳仙輝、吳(wu)濤和王震宇(yu)等組成的團(tuán)💋隊✉️，近日在籠(lóng)目超導體CsV3Sb5中(zhong)發現一種新(xīn)型電子向列(lie)相。該🤩發現不(bú)僅為理解籠(long)目結構超導(dǎo)體中電荷密(mì)度🈲波與超導(dǎo)電性之間的(de)反常競争提(tí)供了重要實(shí)驗證✉️據，也為(wei)進一步研究(jiu)🥰關聯電子🐇體(tǐ)系中與💁非常(cháng)規超導電性(xing)密切相關的(de)交織序提供(gong)了新的研究(jiū)方向。相關成(chéng)果12月16日發表(biao)于《自然》。

電子(zǐ)向列相廣泛(fan)存在于高溫(wen)超導體、量子(zǐ)霍爾絕緣體(ti)等電子體系(xì)，與高溫超導(dǎo)電性之間存(cun)在緊密聯系(xi)，被認為是一(yī)種與高溫超(chāo)導相關聯的(de)交織序。探索(suo)具有新結構(gòu)超導材料體(tǐ)系，從而進一(yī)步研究超導(dǎo)與各種交織(zhi)序的關聯是(shì)當前領域的(de)一個重要研(yan)究方向，其中(zhōng)一類備受關(guān)注的體系為(wei)二維籠目結(jié)構。理論預測(ce)二維籠目體(ti)系可呈現出(chu)新奇的超導(dao)電性和豐富(fù)的電子有序(xù)态，但長期以(yi)來缺乏合适(shi)的材料體系(xi)實現其關聯(lian)物理，籠目超(chao)導體CsV3Sb5的發現(xiàn)為該方向的(de)探索提供新(xīn)的研究體系(xì)。

籠目結構超(chāo)導體中三重(zhòng)調制電荷密(mì)度波導緻的(de)電子🔴向列序(xu)與超導電性(xìng)的物理示意(yi)圖

陳仙輝團(tuan)隊在前期研(yan)究中已成功(gōng)揭示該體系(xì)中面内三重(zhong)調制的電荷(hé)密度波态，以(yǐ)及電荷密度(dù)波與超導電(diàn)性在壓力下(xià)的反常競争(zhēng)關系。

在此基(jī)礎上，團隊結(jié)合掃描隧道(dào)顯微鏡、核磁(ci)共振以及🈲彈(dan)性電阻三種(zhong)實驗技術，發(fā)現體系在進(jin)入超導态之(zhi)前✌️，三重💚調制(zhi)🍉電荷密度波(bo)态會進一步(bù)演化為一種(zhong)熱力學穩定(dìng)的電子向列(liè)相，并确定轉(zhuan)變溫度在35開(kāi)爾文左右。新(xin)型電子向🔴列(liè)相具有Z3對稱(cheng)性，在理論上(shang)被three state Potts模型所描(miáo)述，因✍️而又被(bei)稱為“Potts”向列相(xiang)。有趣的是，這(zhè)種新型🍓電子(zǐ)向列相近期(qi)在雙層轉角(jiǎo)🔱石墨烯體系(xì)中也被觀察(chá)到。

這一成果(guǒ)不僅在籠目(mu)結構超導體(ti)中揭示了一(yi)種新型電子(zi)向列相，也為(wéi)理解這類體(ti)系中超導與(yǔ)電荷密度波(bo)⭐之間的競争(zheng)提供了實驗(yan)證據。此前的(de)掃描隧道譜(pu)研究表明，CsV3Sb5體(ti)系中可能存(cún)在超導電性(xing)與電荷密度(dù)波序相互交(jiao)織而形成的(de)配對密度波(bō)态🔴（PDW）。在超導轉(zhuan)變溫度之上(shang)發現的電子(zǐ)向列序，可以(yi)被理解成一(yi)種與PDW相關的(de)交織序，這一(yi)結果也為理(lǐ)解⛹🏻‍♀️高溫超導(dao)體中的PDW提供(gong)了重要線索(suo)和思路。（記者(zhě) 王利）

來源：央(yāng)視新聞