近日，大連化物所分子反應(yīng)動(dòng)力學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室張東輝院士團(tuán)隊(duì)在超冷四原子反應(yīng)的動(dòng)力學(xué)計(jì)算中取得新進(jìn)展，實(shí)現(xiàn)超冷四原子反應(yīng)的精確截面計(jì)算。

近年來，超冷（T<10-3K）分子的制備已經(jīng)成為新的實(shí)驗(yàn)熱點(diǎn)。在接近絕對(duì)零度的溫度下，分子的德布羅意波長(zhǎng)遠(yuǎn)大于相互作用的尺寸，量子效應(yīng)會(huì)得到空前的增強(qiáng)，對(duì)超冷分子的研究對(duì)驗(yàn)證量子力學(xué)的基本理論有著重要意義。此外，由于超冷分子間的碰撞通常只涉及最低的相對(duì)軌道角動(dòng)量分波，通過對(duì)超冷分子狀態(tài)的精細(xì)調(diào)控，可以在高精度水平上探索化學(xué)反應(yīng)的動(dòng)力學(xué)和機(jī)理。自2010年美國(guó)科學(xué)院院士黛博拉·金（Deborah Jin）和葉軍（Jun Ye）的聯(lián)合實(shí)驗(yàn)小組觀測(cè)到超冷的銣鉀基態(tài)分子之間的化學(xué)反應(yīng)（⁴⁰K⁸⁷Rb+⁴⁰K⁸⁷Rb→K₂Rb2^*→K₂+Rb）以來，堿金屬超冷分子—分子碰撞和化學(xué)反應(yīng)的實(shí)驗(yàn)和理論研究取得了一系列重要進(jìn)展。但由于通用的非含時(shí)量子動(dòng)力學(xué)緊耦合（close coupling）方法的計(jì)算量隨基函數(shù)的數(shù)目N呈N3增長(zhǎng)，對(duì)這些超冷四原子反應(yīng)的嚴(yán)格理論研究非常困難。

在此前的工作中（Phys. Rev. Lett. 2018, 120, 143401），該研究團(tuán)隊(duì)改進(jìn)了原有的含時(shí)波包方法并將其應(yīng)用于超冷反應(yīng)性散射的計(jì)算中，對(duì)三原子F+H2反應(yīng)的計(jì)算結(jié)果證明，含時(shí)波包法可以在Bethe-Wigner閾值區(qū)域以上的碰撞能范圍內(nèi)精確描述超冷反應(yīng)性散射過程。近日，借助含時(shí)波包法在數(shù)值效率上的優(yōu)勢(shì)，該團(tuán)隊(duì)首次把含時(shí)波包動(dòng)力學(xué)計(jì)算擴(kuò)展到超冷四原子反應(yīng)散射，并且給出了OH+H₂(v=2，j=0)→H₂O+H反應(yīng)Bethe-Wigner閾值區(qū)域以上的精確積分截面和速率常數(shù)。計(jì)算結(jié)果不僅說明了含時(shí)波包計(jì)算可以在任意碰撞能下描述這一基準(zhǔn)反應(yīng)，而且證明了含時(shí)波包方法是研究超冷四原子反應(yīng)的有力工具，未來可以用于更多實(shí)驗(yàn)相關(guān)超冷四原子反應(yīng)的研究中。

相關(guān)研究成果發(fā)表在《物理化學(xué)快報(bào)》（The Journal of Physical Chemistry Letters）上。該工作得到了國(guó)家自然科學(xué)基金和中國(guó)科學(xué)院先導(dǎo)專項(xiàng)（B）“能源化學(xué)轉(zhuǎn)化的本質(zhì)與調(diào)控”的支持。（文/圖 黃嘉宇、劉舒）