我國科學家首次合成 一種超冷三原子分子氣體

科技日報訊 （記者吳長鋒）近日，記者從中國科學技術大學瞭解到，該校潘建偉、趙博等利用相干合成方法，在國際上首次製備了高相空間密度的超冷三原子分子系綜，向基於超冷分子的超冷量子化學和量子模擬研究邁出了重要一步。該研究成果發表於國際學術期刊《科學》。

利用超冷分子模擬化學反應過程，可以對複雜系統進行精確、全面研究，因此在科研和新材料設計中具有廣泛應用前景。但由於分子內部的振轉能級非常複雜等原因，製備超冷分子非常困難。

本世紀初，國際學界製備鉀雙原子分子取得成功。隨後，科學界開始研究如何製備超冷三原子分子。2022年初，中國科學技術大學、中國科學院化學研究所聯合研究組在採用射頻合成技術，在鈉鉀基態分子和鉀原子的費希巴赫共振附近，實現了超冷三原子分子的射頻合成。但由於三原子分子壽命短、合成效率低，只能通過雙原子分子或原子的損失來獲得合成三原子分子的間接證據，直接探測三原子分子並製備超冷三原子分子系綜仍然是一個實驗上的巨大挑戰。

此次研究中，中科大團隊首次成功利用磁締合技術，製備了高相空間密度的超冷三原子分子系綜。研究團隊利用射頻解離技術將三原子分子解離成自由的鈉鉀分子和原子，獲得了三原子分子的解離譜，從而實現了三原子分子的直接探測。實驗結果顯示，團隊所獲得的三原子分子氣的相空間密度比其他方法提高了約10個量級。超冷三原子分子系綜的製備為模擬量子力學下三體問題鋪平了道路，所獲得的高相空間密度也使得製備三原子分子的玻色-愛因斯坦凝聚成為可能。

《科學》雜誌審稿人認為，該研究是超冷分子研究領域的一個里程碑，為超冷化學和量子模擬研究開闢了新方向。