我国科学家在多个前沿科技领域实现关键核心技术新突破

我国科学家在多个前沿科技领域实现关键核心技术新突破字体：小中大分享到：我国科学家在多个前沿科技领域实现关键核心技术新突破2022-02-10 09:44:37来源：央视新闻

我国首次在超冷原子分子混合物中合成了三原子分子。

中国科学技术大学潘建伟、赵波与中科院化学所白春礼课题组合作，首次在超冷原子分子混合物中合成了三原子分子，向基于超冷原子分子的量子模拟和超冷量子化学研究迈出了重要一步。该结果发表在2月10日的《自然》杂志上。

量子计算和量子模拟具有强大的并行计算和模拟能力，不仅能解决经典计算机无法处理的计算问题，还能有效揭示复杂物理系统的规律，从而为新能源开发和新材料设计提供指导。利用高度可控的超冷量子气体来模拟难以计算的复杂物理系统，可以准确、全面地研究复杂系统，因此在化学反应和新材料设计中有着广泛的应用前景。

超冷原子和双原子分子的混合物通过射频形成三原子分子的示意图。

超冷分子将为量子计算开辟新的思路，为量子模拟提供理想的平台。然而，由于分子中复杂的振动和转动能级，通过直接冷却制备超冷分子非常困难。超冷原子技术的发展为制备超冷分子提供了新的途径。人们可以绕过直接冷却分子的困难，利用激光和电磁场从超冷原子气体中合成分子。由原子和双原子分子的混合物合成三原子分子是合成分子领域的一个重要研究方向。

中国科学技术大学研究团队于2019年首次观测到超低温下原子和双原子分子的Feshbach共振。在Feshbach共振附近，三原子分子的束缚态和散射态的能量趋于一致，散射态和束缚态之间的耦合被共振大大增强。原子Feshbach共振的成功观测为三原子分子的合成提供了新的契机。

本研究中，中国科学技术大学研究团队与中国科学院化学研究所研究团队合作，首次成功实现了射频场相干合成三原子分子。在实验中，他们从接近绝对零度的超冷原子混合物中制备了单一超细态的钠和钾的基态分子。在钾原子和钠钾分子的Feshbach共振附近，原子分子的散射态和三原子分子的束缚态通过射频场耦合在一起。他们在钠、钾分子的射频损耗谱中成功观测到射频合成的三原子分子的信号，并测量了三原子分子在Feshbach共振附近的结合能。这一成果为量子模拟和超冷化学的研究开辟了新的途径。

中国科学家建立了一种蛋白质从头设计的新方法。

中国科学技术大学刘海燕教授、陈泉副教授团队基于数据驱动原理，从无到有开辟了全新的蛋白质设计路线，实现了蛋白质设计前沿技术领域关键核心技术的原始创新，为工业用酶、生物材料、生物医用蛋白质等功能蛋白质的设计奠定了坚实基础。相关结果于北京时间2月10日发表在《自然》杂志上。

蛋白质是生命的基础，是生命功能的主要执行者。其结构和功能由氨基酸序列决定。目前，几乎所有能形成稳定三维结构的蛋白质都是天然蛋白质，其氨基酸序列是经过长期自然进化形成的。当天然蛋白质的结构和功能不能满足工业或医学应用的需要时，有必要对其结构进行设计，以获得特定的功能蛋白质。近年来，蛋白质中从头设计的国际代表作品主要采用Rosetta设计，以天然结构片段为积木，拼接人工结构。但这种方法存在设计结果单一、对主链结构细节过于敏感等缺点，显著限制了主链结构的多样性和多变性。

中国科学技术大学相关团队长期深耕计算结构生物学基础研究和应用基础研究。石院士是我国在这一领域的先驱。刘海燕教授和陈泉副教授的团队致力于发展数据驱动的蛋白质设计方法已经超过十年。首先，该团队建立了为给定骨架结构设计的氨基酸序列的ABACUS模型，然后开发了SCUBA模型，该模型可以在氨基酸序列未定的情况下从零开始设计全新的骨架结构。理论和实验结果表明，用SCUBA设计主链结构可以突破只有天然片段才能拼接生成新主链结构的限制，从而显著扩展从头设计蛋白质的结构多样性，甚至可以设计出不同于已知天然蛋白质的新型结构。“SCUBA模型plus +ABACUS模型”构成了从零开始设计全新结构和序列的人工蛋白质的完整工具链。它是唯一一种在RosettaDesign之外得到实验充分验证的蛋白质从头设计方法，而且是相辅相成的。在这篇论文中，团队报道了从头设计的9种蛋白质分子的高分辨率晶体结构，其中5种蛋白质具有不同于已知天然蛋白质的新颖结构。

评论者认为，这项工作中提出的方法足够新颖和实用；从零开始设计蛋白质具有挑战性，这项工作中六种不同蛋白质的高分辨率设计是一项重要的成就，证明这种方法效果良好。

中国学者在笼型超导体中发现了一种新型的电子向列相。

中国科学技术大学的陈先辉、吴涛和王振宇团队最近在笼型超导体CsV3Sb5中发现了一种新型的电子向列相。这一发现不仅为理解笼状超导体中电荷密度波与超导的异常竞争提供了重要的实验证据，也为进一步研究相关电子体系中与非常规超导密切相关的交织序提供了新的研究方向。相关结果发表在2月10日的《自然》杂志上。

向列电子广泛存在于高温超导体、量子霍尔绝缘体等电子系统中，与高温超导性密切相关，被认为是与高温超导性相联系的交织有序。探索新结构的超导材料体系，从而进一步研究超导性与各种交织序的关系，是当前领域的一个重要研究方向。最受关注的系统之一是二维笼状结构。据预言，二维笼体系可以表现出新颖的超导性和丰富的电子有序态，但长期以来，没有合适的材料体系来实现其相关物理。笼型超导体CsV3Sb5的发现为这一方向的探索提供了新的研究体系。

笼型超导体中三重调制电荷密度波引起的电子向列序和超导电性的物理示意图

在前期的研究中，陈先辉团队已经成功揭示了该体系中的面内三重调制电荷密度波态以及压力下电荷密度波与超导的异常竞争关系。

在此基础上，团队结合扫描隧道显微镜、核磁共振和弹性电阻，发现在系统进入超导态之前，三重调制电荷密度波态会进一步演化为热力学稳定的电子向列相，并确定转变温度在35开尔文左右。新电子向列相具有Z3对称性，理论上用三态Potts模型描述，所以又称为“Potts”向列相。有趣的是，最近在双层角石墨烯系统中观察到了这种新型的电子向列相。

这一成果不仅揭示了笼型超导体中一种新型的电子向列相，也为理解这类系统中超导性与电荷密度波的竞争提供了实验证据。扫描隧道谱的前期研究表明，CsV3Sb5系统中可能存在超导性和电荷密度波序交织形成的成对密度波态(PDW)。超导转变温度以上发现的电子向列有序可以理解为与PDW相关的交织有序，这也为理解高温超导体中的PDW提供了重要的线索和思路。(记者王力)

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