我國(guó)科學家在多(duo)個前沿科技(jì)領域實現關(guan)鍵核心技

我國首次在(zai)超冷原子分(fen)子混合氣中(zhong)合成三原子(zi)分子

中國科(kē)學技術大學(xue)潘建偉、趙博(bo)等與中國科(ke)學院化學所(suo)白春禮小組(zǔ)合作，在超冷(leng)原子分子混(hun)合氣中首次(ci)合成三原子(zǐ)❄️分子，向基于(yu)超冷原子分(fèn)子的量子模(mó)拟和超冷量(liang)子化學的🌈研(yán)究邁出重要(yào)一步。該成果(guo)12月14日發表于(yu)《自然》。

量子計(ji)算和量子模(mo)拟具有強大(dà)的并行計算(suàn)和模❗拟能力(lì)，不僅能夠解(jiě)決經典計算(suàn)機無法處理(li)的計算難題(ti)，還能有效揭(jie)示複雜物理(li)系統的規律(lǜ)，從而👣為新能(neng)源開發、新材(cái)料設計等💋提(ti)供指導。利用(yong)高度可控的(de)超冷量子氣(qì)體來模拟🔅複(fú)雜的難🌏于計(jì)算的物理系(xi)統，可以對複(fu)雜系統進行(hang)精确的全方(fāng)位研究，因而(er)在化學反應(ying)和新型材料(liào)設計中具有(you)廣泛💁的應用(yòng)前景。

從超冷(lěng)原子和雙原(yuan)子分子混合(he)氣中利用射(shè)頻場👣合成三(san)原子分子的(de)示意圖

超冷(lěng)分子将為實(shi)現量子計算(suan)打開新思路(lù)，并為量子模(mó)拟提㊙️供理想(xiang)平台。但由于(yú)分子内部的(de)振動轉動能(néng)級複雜，通過(guo)直👌接冷卻的(de)方法來制備(bei)超冷分子非(fēi)常困難。超冷(leng)原子技術的(de)發展為制備(bèi)超冷分子提(tí)供了一條新(xin)途徑。人們可(ke)以繞開直接(jiē)冷卻分子的(de)困難，從超冷(leng)原子氣中利(li)用激光⭐、電磁(ci)場等來💔合成(cheng)分子。從原子(zǐ)和雙原子分(fèn)子的混合氣(qì)中合成三原(yuan)子分🔅子，是合(he)成分子領域(yù)的重要研究(jiū)方向。

中國科(ke)學技術大學(xue)研究小組在(zai)2019年首次觀測(cè)到超⛷️低溫下(xia)原子和雙原(yuan)子分子的Feshbach共(gòng)振。在Feshbach共振附(fù)近，三原子分(fen)子束縛态的(de)能量和散射(she)态的能量趨(qū)于一緻，同時(shi)散射态和束(shu)縛🛀态之間的(de)耦合被大幅(fú)度地共振增(zeng)強。原子分子(zi)⛱️Feshbach共振的成功(gōng)觀測，為合成(cheng)三原子分子(zi)提供了新機(jī)遇。

在該項研(yan)究中，中國科(ke)學技術大學(xué)研究小組和(hé)中🏃國科學院(yuan)化😍學所研究(jiu)小組合作，首(shou)次成功實現(xian)了利用射頻(pin)🚩場相幹合成(chéng)三原子分子(zi)。在實驗中，他(tā)們從接近🎯絕(jué)對零🈲度的超(chao)冷原子💚混合(hé)氣👄出發，制備(bèi)了處于單一(yī)🧑🏾‍🤝‍🧑🏼超精細态的(de)鈉鉀基态分(fèn)子。在鉀原子(zǐ)和鈉鉀分子(zi)的Feshbach共振附近(jìn)，通過射頻場(chǎng)将原子分子(zǐ)的🌈散射态和(he)三原子分子(zǐ)的束縛态耦(ou)合在一起。他(tā)們成功地在(zai)鈉鉀分🥰子的(de)射頻損失譜(pǔ)上觀測到射(she)頻合成三原(yuán)子分子信🚶‍♀️号(hào)，并測量了Feshbach共(gong)振附近三原(yuan)子分子的束(shù)縛能。這一成(chéng)果為量子模(mo)拟和超冷化(huà)學的研究開(kāi)辟了一條新(xīn)道路。

我國科(kē)學家建立蛋(dan)白質從頭設(shè)計新方法

中(zhong)國科學技術(shu)大學劉海燕(yan)教授、陳泉副(fu)教授團隊基(jī)于數據驅動(dong)原理，開辟出(chū)一條全新的(de)蛋白質從頭(tou)設☁️計路線，在(zai)蛋白💰質設計(jì)這一前沿科(ke)技領域實現(xiàn)了關♌鍵核心(xin)技術的原始(shi)創新，為工業(ye)酶、生物材料(liào)、生物醫藥蛋(dan)白等功能蛋(dàn)白🌏的設計奠(diàn)定了堅實的(de)基礎。相關成(cheng)果北京時☂️間(jian)12月14日發表于(yu)《自然》。

蛋白質(zhi)是生命的基(ji)礎，是生命功(gōng)能的主要執(zhi)行者，其結構(gou)與功能由氨(ān)基酸序列所(suo)決定。目前，能(neng)夠形成穩定(ding)三維結構的(de)蛋白質，幾乎(hu)全部是天然(ran)蛋白質，其氨(ān)基酸序列是(shì)長期自然🔅進(jìn)化形成。在天(tian)然蛋白結構(gòu)功能不能滿(man)🈚足工業或醫(yī)療應用需求(qiú)時，想🔴要得到(dào)特定的功能(neng)蛋白☔，就需要(yào)對其結構進(jìn)行設計。近年(nián)來，國際上蛋(dàn)白質從頭設(she)計的代表性(xìng)⭐工作主要采(cai)用RosettaDesign——使用天☀️然(rán)結構片段作(zuo)為💃🏻構建模塊(kuài)來拼接産生(shēng)人工結構。然(ran)而，這種方法(fǎ)存在設📱計結(jié)果單一、對主(zhu)鍊♍結構細節(jie)過☁️于敏感等(děng)不足，顯著限(xian)制了設計主(zhǔ)鍊結構的多(duō)樣性和可變(bian)性。

中國科學(xue)技術大學相(xiàng)關團隊長期(qī)深耕計算結(jie)構生物學方(fāng)向的基礎研(yán)究和應用基(jī)礎研究。施蘊(yùn)渝⭐院士是國(guó)内這‼️一領🥵域(yù)的開拓者。劉(liú)海燕教授、陳(chen)泉副教授㊙️團(tuan)隊十餘年來(lai)緻力于發展(zhan)數據驅動的(de)蛋白質設計(jì)方法。該團隊(duì)首先建立了(le)給定主鍊結(jie)構設計氨基(jī)酸⛷️序列的ABACUS模(mó)型，進而發展(zhan)了能在氨基(jī)酸⛱️序列待定(ding)時從頭設計(ji)全新主鍊結(jié)構的SCUBA模型🧑🏾‍🤝‍🧑🏼。理(lǐ)論計算和實(shi)⭐驗證明，用SCUBA設(shè)計♻️主鍊結構(gòu)，能夠突破隻(zhi)能用天然片(pian)段來拼接❗産(chǎn)生新主鍊結(jié)構的限制，從(cong)而顯著擴展(zhǎn)從頭設計蛋(dan)白的結構多(duō)樣性，甚至設(shè)計出不同于(yu)已知天🚶然蛋(dàn)白的新穎結(jie)構。“SCUBA模型+ABACUS模型(xing)”構成了能夠(gòu)從頭設計具(jù)有全新結構(gou)和序列的人(ren)工蛋白完整(zheng)工具鍊，是RosettaDesign之(zhī)外🙇🏻目前唯👉一(yī)經充分實驗(yàn)驗證的蛋白(bai)質從頭設計(jì)方法，并與之(zhi)互為補充。在(zai)論文中，團隊(duì)報道了9種✉️從(cong)頭設計的蛋(dàn)白質分子的(de)高☀️分辨晶體(tǐ)結構，其中🌏5種(zhǒng)蛋白質具有(yǒu)不同于已知(zhi)天然蛋白的(de)新穎結構。

審(shěn)稿人認為，這(zhè)項工作中提(ti)出的方法具(jù)有足夠的新(xīn)穎性和‼️實用(yòng)性；從頭設計(jì)蛋白質具有(you)挑戰性，本⛱️工(gong)作⭐中6種不同(tong)蛋白質的高(gao)分辨率設計(jì)是一項重要(yao)成就，證明這(zhe)種方法💋運行(hang)良好。

中國學(xué)者在籠目超(chao)導體中發現(xiàn)新型電子向(xiang)列相

中國科(ke)學技術大學(xue)陳仙輝、吳濤(tao)和王震宇等(děng)組成🈲的🙇‍♀️團隊(dui)，近日在籠目(mu)超導體CsV3Sb5中發(fā)現一種新型(xíng)電子向列相(xiàng)。該📐發現不僅(jin)為理解籠目(mu)結構超導體(ti)中電🥵荷密度(du)波與超導電(dian)性之間的反(fan)常競争提供(gong)了重要實驗(yàn)證據，也為進(jin)一步研究關(guan)聯電子體系(xì)中與非常規(gui)超導電性密(mì)切相關的交(jiao)織序提供了(le)新的🈲研究方(fang)向。相關📐成果(guǒ)12月14日發表于(yu)《自然》。

電子向(xiang)列相廣泛存(cun)在于高溫超(chāo)導體、量子霍(huò)爾絕緣體等(deng)電子體系，與(yu)高溫超導電(diàn)性之間存在(zài)緊密聯系，被(bèi)認為是一種(zhong)與高溫超導(dao)相關聯的交(jiao)織序。探索具(ju)有新結構超(chao)導材料體系(xì)，從而進一步(bu)研究超導與(yǔ)各種交織序(xu)的關聯是當(dāng)前領域的一(yi)個重要研究(jiu)方向，其中一(yī)類備受關注(zhu)的體系為二(èr)維籠目結構(gou)。理論預測二(èr)維籠目體系(xì)可呈現出新(xin)奇的超導電(diàn)性和豐富的(de)電子有序态(tai)，但長期以來(lái)缺乏合适的(de)材料體系實(shí)現其關聯物(wu)理，籠目超導(dǎo)體CsV3Sb5的發現為(wéi)該方向的探(tàn)索提供新的(de)研究體系。

籠(lóng)目結構超導(dǎo)體中三重調(diao)制電荷密度(du)波導緻的電(dian)子向🌈列序與(yu)超導電性的(de)物理示意圖(tú)

陳仙輝團隊(duì)在前期研究(jiu)中已成功揭(jiē)示該體系中(zhong)面内三重調(diào)制的電荷密(mi)度波态，以及(jí)電荷密度波(bō)與超🔴導電性(xing)在壓力下的(de)反常競争關(guan)系。

在此基礎(chu)上，團隊結合(hé)掃描隧道顯(xiǎn)微鏡、核磁共(gòng)振以及彈性(xìng)電🏃‍♀️阻三種實(shi)驗技術，發現(xian)體系在進入(ru)超導态之前(qian)，三重調制電(diàn)荷密度波态(tai)會進一步演(yǎn)化為一種熱(rè)力學穩定的(de)電子向列相(xiang)，并确定轉變(bian)溫度在35開爾(er)文左右。新型(xíng)電子向列相(xiàng)具有Z3對稱性(xing)，在理論上被(bei)three state Potts模型所描述(shù)，因而又被稱(chēng)為“Potts”向列相。有(yǒu)趣的是，這種(zhǒng)新型🚩電子向(xiang)列相近🆚期在(zai)雙層轉角石(shi)墨🌈烯體系中(zhong)也被觀察到(dào)。

這一成果不(bu)僅在籠目結(jie)構超導體中(zhong)揭示了一種(zhong)新型電子向(xiang)列相，也為理(li)解這類體系(xi)中超導與電(dian)荷密✨度波之(zhī)間🈲的競争提(ti)⛱️供了實驗證(zheng)據。此前的掃(sao)描隧道譜研(yán)究表明，CsV3Sb5體系(xi)中可🔱能存在(zai)超導電性與(yǔ)🌏電荷密度波(bō)序相互交織(zhi)而形成的配(pèi)對密度波态(tai)（PDW）。在超導轉變(biàn)溫度之上發(fā)現的電子向(xiang)👌列序，可以被(bei)♍理解成一種(zhong)與PDW相關的交(jiāo)織序，這一結(jie)果也為理解(jiě)高溫超導體(tǐ)中的PDW提供了(le)📧重要線索和(he)思路。（記者 王(wang)利）

來源：央視(shi)新聞