近日，中國科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所分子反應(yīng)動力學(xué)國家重點實驗室院士張東輝團隊在超冷反應(yīng)研究中取得新進展，揭示了超冷O+OH反應(yīng)中顯著“幾何相位”效應(yīng)的物理本質(zhì)。
大連化物所揭示超冷反應(yīng)中“幾何相位”效應(yīng)的物理本質(zhì)
在接近絕對零度的溫度下，分子的德布羅意波長遠大于分子間相互作用的尺寸，并且分子的碰撞只能通過一個或少數(shù)幾個分波進行，因此，化學(xué)反應(yīng)的量子特性可以得到充分的體現(xiàn)。此前基于求解非含時薛定諤方程的量子動力學(xué)計算表明，O+OH反應(yīng)中的“幾何相位”效應(yīng)在超低溫下明顯增強，對特定的產(chǎn)物態(tài)考慮“幾何相位”前后的預(yù)測反應(yīng)速率能夠相差多達兩個數(shù)量級。該發(fā)現(xiàn)在超冷控制化學(xué)中具有重要的潛在應(yīng)用價值，因此引起了廣泛關(guān)注。但非含時量子動力學(xué)計算通常只能獲得反應(yīng)的速率常數(shù)信息，因此該反應(yīng)中“幾何相位”效應(yīng)的具體作用機理依然有待探索。
在此前工作中（Phys. Rev. Lett.，2018），該團隊通過進一步發(fā)展的含時波包方法，首次實現(xiàn)了對超冷反應(yīng)散射的含時計算。該方法能夠直接提供反應(yīng)的散射波函數(shù)，從而為超冷化學(xué)反應(yīng)過程提供動力學(xué)信息。去年，該團隊還發(fā)展了一種高效的新方法：在含時波包法框架下研究幾何相位問題（J. Chem. Phys.，2020）。近日，該團隊結(jié)合這兩種方法首次將幾何相位引入了超冷含時波包動力學(xué)計算，得到了超冷O+OH反應(yīng)的散射波函數(shù)，對波函數(shù)的分析揭示了繞行錐形交叉兩側(cè)的反應(yīng)通道之間的量子干涉效應(yīng)和隨之而來的“幾何相位”效應(yīng)的物理本質(zhì)。該工作驗證了此前關(guān)于超冷反應(yīng)幾何相位效應(yīng)來源的理論假設(shè)，揭示了光學(xué)晶格阱或初始態(tài)定向等量子控制技術(shù)有可能控制超冷反應(yīng)的反應(yīng)性。
相關(guān)研究成果發(fā)表在《物理化學(xué)快報》（The Journal of Physical Chemistry Letters）上。該工作得到了國家自然科學(xué)基金、中科院B類先導(dǎo)專項“能源化學(xué)轉(zhuǎn)化的本質(zhì)與調(diào)控”等項目的資助。
