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分子“电开关”下篇:调节化学反应速率

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    發表於 2022-10-1 12:34:15 |只看該作者 |正序瀏覽

    分子“电开关”下篇:调节化学反应速率

    在《科学》论文中,叶军团队则详述了这种电开关对于分子化学反应速率的影响。通过电场诱导超冷气体中分子的远程相互作用,影响分子碰撞,科学家们可以显著地提高或者降低化学反应速率。

    如前所述,超冷气体分子被囚禁在薄饼状的光学晶格内,但在每个“薄饼”内部可以自己旋转,也可以互相碰撞,就像在冰场上滑冰。

    如果这些分子电荷相反的头尾相撞,就会导致化学反应,迅速耗尽气体。但如果它们是并排相撞,就会互相排斥,从而很难接近到发生化学反应的程度。那么,如何能让分子们相互排斥呢?

    所幸的是,和温暖气体分子随机的运动碰撞不同,这些超冷气体分子的运动遵循一定的量子力学轨迹。

    在改变电场的过程中,研究人员发现了一种特殊的共振现象,两个碰撞、旋转的分子可以交换旋转,使得一个分子转速加倍,而另一个停止旋转。如此以来,碰撞的性质被完全改变,分子之间迅速转换到排斥状态。

    在共振点附近,叶军团队发现仅仅将电场强度调节几个百分点,就可以导致化学反应速率近千倍的变化。

    NIST新闻稿表示,这种受电开关控制的超冷分子气体可能用于设计新的化学物质,并在量子信息领域有多种实用潜力,包括利用极性分子作为量子比特进行计算,以及用于制作分子钟。

    在《科学》论文中,叶军团队则详述了这种电开关对于分子化学反应速率的影响。通过电场诱导超冷气体中分子的远程相互作用,影响分子碰撞,科学家们可以显著地提高或者降低化学反应速率。

    如前所述,超冷气体分子被囚禁在薄饼状的光学晶格内,但在每个“薄饼”内部可以自己旋转,也可以互相碰撞,就像在冰场上滑冰。

    如果这些分子电荷相反的头尾相撞,就会导致化学反应,迅速耗尽气体。但如果它们是并排相撞,就会互相排斥,从而很难接近到发生化学反应的程度。那么,如何能让分子们相互排斥呢?

    所幸的是,和温暖气体分子随机的运动碰撞不同,这些超冷气体分子的运动遵循一定的量子力学轨迹。

    在改变电场的过程中,研究人员发现了一种特殊的共振现象,两个碰撞、旋转的分子可以交换旋转,使得一个分子转速加倍,而另一个停止旋转。如此以来,碰撞的性质被完全改变,分子之间迅速转换到排斥状态。

    在共振点附近,叶军团队发现仅仅将电场强度调节几个百分点,就可以导致化学反应速率近千倍的变化。

    NIST新闻稿表示,这种受电开关控制的超冷分子气体可能用于设计新的化学物质,并在量子信息领域有多种实用潜力,包括利用极性分子作为量子比特进行计算,以及用于制作分子钟。


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