我國科學家在(zai)多個前沿科技領(lǐng)域實現關鍵核心(xin)技

我國首次在超冷(leng)原子分子混合氣(qi)中合成三原子✔️分(fen)子

中國科學技術(shu)大學潘建偉、趙博(bó)等與中國科學院(yuàn)化學所白春禮小(xiao)組合作，在超冷原(yuan)子分子混合氣中(zhōng)首次合成三原子(zi)分子，向基于超冷(leng)原子分子的量子(zǐ)模拟和超冷量子(zi)化學的研究邁出(chū)重要一步。該成果(guǒ)2月♻️10日發表于《自然(ran)》。

量子計算和量子(zi)模拟具有強大的(de)并行計算和模拟(nǐ)能力，不🔅僅能夠解(jiě)決經典計算機無(wu)法處理的計⁉️算難(nán)題，還🚩能有👨‍❤️‍👨效揭示(shi)複雜物理系統的(de)規律，從而為新能(neng)源開發、新材料設(shè)計等提供指導。利(lì)用高度可控的超(chāo)冷量子氣體來模(mó)拟複雜的難于計(jì)算的♻️物理系統，可(kě)🌂以對複雜系統進(jìn)行精确的全方位(wei)研🛀🏻究，因而在化學(xué)反應和新型材料(liào)設計中具有廣泛(fàn)的應用前景。

從超冷原子(zǐ)和雙原子分子混(hun)合氣中利用射頻(pin)場合💃成三原子分(fèn)子的示意圖

超冷(leng)分子将為實現量(liang)子計算打開新思(si)路，并為量子模☎️拟(ni)提供理想平台。但(dan)由于分子内部的(de)振動轉動能🏃‍♂️級複(fu)雜，通過直接冷卻(que)的方法來制備超(chao)冷分子非常困難(nan)。超冷原子技術的(de)🛀發展為👄制備超冷(leng)分子提供了一條(tiao)新途徑。人們可以(yi)繞開直接冷卻分(fèn)子的困難，從超冷(leng)原子氣中利用激(jī)光、電磁場等來合(he)成分子。從原子和(hé)雙原子分🐅子的混(hùn)合氣中合成三原(yuán)子分子，是合成分(fen)子領域的重要研(yán)究方向。

中國科學(xué)技術大學研究小(xiao)組在2019年首次觀測(cè)到超低溫下原子(zi)和雙原子分子的(de)Feshbach共振。在Feshbach共振附近(jìn)，三🏃‍♀️原子分子☀️束縛(fù)态的能量和散射(shè)态的能量趨于一(yi)☁️緻，同時散射态和(he)束縛态之間的耦(ou)合🌈被大幅度地共(gòng)振增強。原子分子(zǐ)Feshbach共振的成功觀測(cè)，為合成三原子分(fèn)子提供了新機遇(yù)。

在該項研究中，中(zhōng)國科學技術大學(xue)研究小組和中國(guó)👨‍❤️‍👨科學院化🐆學所研(yan)究小組合作，首次(ci)成功實現了利用(yong)射頻場相幹合成(cheng)三原子分子。在實(shi)驗中，他們🐉從接近(jin)絕對零度的超冷(lěng)原子混合氣出發(fa)，制備了處于單一(yī)超精細态的鈉鉀(jiǎ)基☂️态分子。在鉀原(yuan)子和鈉鉀分子的(de)Feshbach共振附近，通過射(she)頻場将原子分子(zi)的散射态和三原(yuan)🚩子分子的束縛态(tai)耦合在一起。他們(men)成功地在鈉鉀分(fèn)🚶‍♀️子的射頻損失譜(pu)🔆上觀測到射頻合(hé)成三原子分子信(xìn)号，并測量了Feshbach共振(zhèn)附近三原子分子(zǐ)的束縛能。這一成(cheng)🌈果為量子模拟和(hé)超冷化學的研究(jiu)開辟了一條新道(dao)路。

我國科學家建(jian)立蛋白質從頭設(she)計新方法

中國科(ke)學技術大學劉海(hǎi)燕教授、陳泉副教(jiao)授團隊基于數據(ju)驅🔱動原理，開辟出(chū)一條全新的蛋白(bái)質從頭設計路線(xiàn)，在蛋白質設計這(zhe)一前沿科技領域(yu)實現了關鍵核心(xin)技術的原始創🐆新(xin)，為工🌍業酶、生物材(cái)料、生物醫藥蛋白(bai)等功能蛋白的設(she)計奠㊙️定了堅實的(de)基礎。相關成果北(bei)京時間12月8日發表(biao)于《自然》。

蛋白質是(shì)生命的基礎，是生(shēng)命功能的主要執(zhi)行者，其結構與功(gōng)能由氨基酸序列(liè)所決定。目前，能夠(gòu)形成穩🌐定三維結(jié)構的㊙️蛋白質，幾乎(hū)全部是天然蛋白(bai)質，其氨基酸序🤞列(lie)是長👣期自然進化(hua)形成。在天然蛋白(bái)結構功能不能滿(mǎn)足工業或👉醫療應(yīng)用需求時，想✨要得(de)到特定的功能蛋(dàn)白，就需要對其結(jié)構進行設計。近年(nián)來，國♉際上蛋白質(zhi)從頭設計的代表(biǎo)性工作🥰主要采用(yong)RosettaDesign——使用天💃然結構片(piàn)段作為🏃🏻構建模塊(kuài)來拼接産生人工(gōng)結構。然而，這種方(fāng)法存在設計結果(guǒ)單🌐一、對主鍊結構(gou)細節過于敏感等(děng)不足，顯著限制了(le)設計主鍊結構的(de)多樣性和可變性(xìng)。

中國科(ke)學技術大學相關(guan)團隊長期深耕計(ji)算結構💜生物🐅學方(fāng)❌向的基礎研究和(hé)應用基礎研究。施(shī)蘊渝院士是國内(nèi)這一領域的開拓(tuo)者。劉海燕教授、陳(chen)泉副教授團隊十(shí)餘年來💞緻力于發(fā)展數據驅動的蛋(dàn)白質設計方法。該(gāi)團🌈隊首先建立了(le)給定主鍊結構設(shè)計氨基酸序列的(de)ABACUS模型，進而發展了(le)能在氨基酸🚶序列(lie)待定時從頭設計(ji)全新主鍊結構的(de)SCUBA模型♍。理論☂️計算和(hé)實驗證明，用SCUBA設計(ji)主鍊結構，能夠突(tu)破隻能用天然片(piàn)段來拼接産生新(xīn)主鍊結構的限制(zhi)，從而顯著擴展從(cong)頭設計蛋白的結(jié)構多樣性，甚至設(she)計出不同于已知(zhi)天然蛋白的新穎(yǐng)結構。“SCUBA模型+ABACUS模型”構(gòu)成了能夠從頭設(shè)計具有全新結構(gou)和序列的人工㊙️蛋(dàn)白完整工具鍊，是(shi)RosettaDesign之外目前唯一經(jing)充分實驗驗證的(de)蛋白質從頭設計(ji)方法，并與之互為(wei)補充。在論🧑🏽‍🤝‍🧑🏻文中，團(tuán)隊報道了9種從頭(tou)設計的蛋白質分(fen)子的高分辨晶體(ti)結構，其中5種蛋白(bai)質具有不同于已(yǐ)知天然蛋白的新(xin)穎結構。

審稿人認(ren)為，這項工作中提(ti)出的方法具有足(zú)夠的新穎♻️性和實(shí)用性；從頭設計蛋(dàn)白質具有挑戰性(xing)，本工作🔞中6種不同(tong)蛋白質的高分辨(bian)率設計是一項重(zhong)要成就，證明這種(zhong)方法✂️運行良好。

中(zhōng)國學者在籠目超(chao)導體中發現新型(xíng)電子向列相

中國(guo)科學技術大學陳(chén)仙輝、吳濤和王震(zhen)宇等組成的團隊(dui)，近日👨‍❤️‍👨在籠目超導(dǎo)體CsV3Sb5中發現一種新(xīn)型電子向列相。該(gāi)發現不僅為理⛹🏻‍♀️解(jiě)籠目結構超導體(ti)中電荷密度波與(yu)超導電性之間的(de)反常競争提供了(le)重要實驗證據，也(ye)為進一步研究關(guān)聯電子體系中與(yu)非常規超導電性(xìng)密切相關的交織(zhī)序提供了新的㊙️研(yan)究方向。相關成果(guo)12月8日發表于《自然(ran)》。

電子向列相廣泛(fàn)存在于高溫超導(dǎo)體、量子霍爾絕緣(yuan)體等電子體系，與(yǔ)高溫超導電性之(zhī)間存在緊密聯系(xì)，被認為是一種與(yu)高溫超導相關聯(lian)的交織序。探索具(jù)有新結構超導材(cái)料體系，從而進一(yī)步研究超導與各(gè)種交織序的關聯(lián)是當前領域的一(yi)個重要研究方向(xiang)，其中一類備受關(guān)注的體系為二維(wei)籠目結構。理論預(yù)測二維籠目體系(xì)可呈現出新奇的(de)超導電性和豐富(fu)的電子有序态，但(dan)長期以來缺乏合(hé)适的材料體系實(shí)現其關聯物理，籠(lóng)目超導體CsV3Sb5的發現(xian)為該方向的探索(suǒ)提供新的研究體(tǐ)系。

籠目(mu)結構超導體中三(sān)重調制電荷密度(dù)波導緻的電子向(xiàng)列序與超導電性(xìng)的物理示意圖

陳(chen)仙輝團隊在前期(qi)研究中已成功揭(jiē)示該體系中面🌈内(nei)三重調制的電荷(he)密度波态，以及電(dian)荷密度波與超導(dǎo)電性在壓力下的(de)反常競争關系。

在(zài)此基礎上，團隊結(jié)合掃描隧道顯微(wēi)鏡、核磁共振以及(ji)♉彈性電阻三種實(shí)驗技術，發現體系(xì)在進入超導态之(zhi)前🚩，三重調制電荷(he)密度波态會進一(yi)步演化為一種熱(re)力學穩定的電子(zi)向列相，并确定轉(zhuǎn)變溫度在35開爾文(wén)左右。新型電子向(xiang)列相具有Z3對稱性(xìng)，在👄理論上被three state Potts模型(xing)所描述，因🐅而又被(bei)稱為“Potts”向列相。有趣(qù)的是，這種新🏒型電(diàn)子向列相近期在(zài)雙層轉角石墨烯(xī)體系中也被觀察(chá)到。

這一成果不僅(jǐn)在籠目結構超導(dao)體中揭示了一種(zhong)新😘型電子向列相(xiàng)，也為理解這類體(tǐ)系中超導與電💜荷(he)密度波之間的競(jing)争提供了實驗證(zheng)據。此前的掃描隧(suì)道譜研究表明，CsV3Sb5體(ti)系中可能存在超(chao)導電性與電荷密(mì)度波序相互交織(zhi)而形成的配對密(mì)度波态🐅（PDW）。在超導轉(zhuan)變溫度之上發現(xiàn)的電子向列序，可(kě)以被🚶理解成一種(zhong)與PDW相關的交織序(xù)，這一結果也為理(lǐ)解💋高溫超導體中(zhōng)的PDW提供了重要線(xiàn)索和思路。（記者 王(wang)利）

來源：央視新聞(wén)