我國科學家在多個前沿科技領(lǐng)域(yù)實現關鍵核心技

我國首次在超冷原子分子(zǐ)混合氣中合成三原子分子

中國科(kē)學技術大學(xué)潘(pān)建(jiàn)偉、趙博(bó)等與中國科學院化學所白(bái)春禮小組合作(zuò)，在超冷原子分子混合氣中首次合成三原子分子，向基(jī)于超冷原子分子的量子模拟和超冷量子(zǐ)化學的研究邁(mài)出(chū)重要(yào)一步。該成果2月10日(rì)發表于《自然》。

量子計算和量子模拟具有強大的并行計算和模拟能力，不僅(jǐn)能夠解決經典計算機無法處理的計算難題，還能有效揭示複雜物理(lǐ)系統的規律，從(cóng)而為新能源開(kāi)發、新(xīn)材料設計等(děng)提供指導。利用高度可控的超冷量子(zǐ)氣(qì)體來模拟複雜的(de)難于計算的物理系統，可(kě)以對複雜(zá)系統進行精确的全方位研究，因而(ér)在化學反應和新型材料設計中具有廣泛的應(yīng)用前(qián)景(jǐng)。

從(cóng)超冷原子和雙原子(zǐ)分子混(hùn)合氣中(zhōng)利用射頻場合成三原子分子的示意圖

超冷分(fèn)子将為(wéi)實現量子計算打開新思路，并(bìng)為量子模拟提(tí)供理想(xiǎng)平台。但由于分子(zǐ)内部的振動轉動(dòng)能級複雜，通過(guò)直接冷卻的方法(fǎ)來制備超(chāo)冷分子非(fēi)常困難。超(chāo)冷原子技術的發展為制備超冷分子提(tí)供了(le)一條新途徑。人(rén)們可以繞開直接冷卻分子的困難(nán)，從超冷原子氣中(zhōng)利用激光、電磁場等來合成分子。從(cóng)原子和雙原子分子的混合氣中(zhōng)合成三原子分子，是(shì)合成分(fèn)子領域的重(zhòng)要研究方向。

中國科(kē)學技術大學研究小組在2019年首(shǒu)次(cì)觀測到超低溫下原子和雙原子(zǐ)分子(zǐ)的Feshbach共振。在Feshbach共振附近，三原子(zǐ)分子束縛态的能量和(hé)散射态的能量趨于一緻，同時散射态和束縛态之間的耦合(hé)被大幅度地共振增強。原子(zǐ)分子Feshbach共振的成功觀測，為(wéi)合成三(sān)原子分子提供了新機(jī)遇。

在該項研究中，中國科學(xué)技術大學研究(jiū)小組和中國科學院化學(xué)所研究小組合作，首次成功實現了利(lì)用射頻場相(xiàng)幹合成三原子分子。在實驗中，他們(men)從接近絕對零度的超冷原子混合氣出發，制備了處于單一超精(jīng)細态的鈉鉀基态分子。在鉀原子和鈉鉀(jiǎ)分子的Feshbach共振附近，通過射頻場将原子分子的散射态和三原子分子的束縛态耦合在(zài)一起。他們成功(gōng)地在(zài)鈉鉀分子的射頻損失(shī)譜上觀測到射頻合成三原子分(fèn)子信号，并測量(liàng)了Feshbach共振附近三原子分子的束縛能。這一成果為量子模拟和(hé)超冷化學的研究開辟了(le)一條新道路。

我(wǒ)國科(kē)學家(jiā)建立蛋白質從頭設計新方法

中國(guó)科學技術大學劉海燕教授(shòu)、陳泉副教授團隊基于數據驅動原理，開辟(pì)出一條全新的蛋白質從頭設計路線，在蛋白質設計這一前沿科(kē)技(jì)領域實現了關鍵核心技術的原始創新，為工業酶、生物材料、生(shēng)物醫藥蛋白等功能(néng)蛋白的設計奠定了堅實的(de)基礎。相關成果北京時(shí)間2月(yuè)10日發表于《自然》。

蛋白質是(shì)生命的基礎，是(shì)生命功能的主要執行者，其結構與功能由氨基酸序列所決定。目(mù)前，能夠形成穩定三維結構的蛋白質，幾乎全部是天然蛋白質，其氨基酸序列是(shì)長期自然進化形成。在天然蛋(dàn)白(bái)結構功能不能滿足工業(yè)或醫療(liáo)應用需求時，想(xiǎng)要得到特定的功(gōng)能蛋白(bái)，就需要對其結構進行設(shè)計。近年來，國際上蛋白質從頭設計(jì)的代表性工作主要采用RosettaDesign——使用天然(rán)結構片段作為構建(jiàn)模塊來(lái)拼接産生人(rén)工結構。然而，這種方(fāng)法存在設計結果單一、對主(zhǔ)鍊結構細節過于敏感等不足，顯著限制了設計主鍊結構的多樣性和可變性。

中國科學技術大學相關團隊長期(qī)深耕計算結構生物學(xué)方向的基礎研究和應用基礎研究(jiū)。施蘊渝院(yuàn)士是國内這一領域(yù)的開拓者。劉海燕教授、陳泉副教授團隊十餘年來緻力(lì)于發展數據驅(qū)動的蛋白質設計方法。該團隊首先(xiān)建立了給定主鍊結構設計氨基酸(suān)序列的ABACUS模型，進而發展了能在氨基(jī)酸序列待定時(shí)從頭設計全新主鍊(liàn)結構的SCUBA模型。理論(lùn)計算和實驗證明，用SCUBA設(shè)計主鍊結構，能夠突破隻能用天然片段(duàn)來拼(pīn)接産生新主鍊結構的限制，從而顯著擴展從頭設計蛋白的結構多樣性，甚至設計出不同于已知天然蛋白的新穎結構。“SCUBA模型+ABACUS模型”構成(chéng)了能夠從頭設計具有全新(xīn)結構和序列的(de)人工蛋白完整工具鍊，是RosettaDesign之外目前唯一經充分(fèn)實驗驗證(zhèng)的蛋白質從頭設計方法，并與之互為補充。在論文中，團隊報道了9種從頭設計的(de)蛋(dàn)白質分子的高分(fèn)辨晶體結構，其中5種(zhǒng)蛋白質具有不同于已知天(tiān)然蛋白的新穎結構。

審稿人認為，這項工(gōng)作中提出的(de)方法具有足夠(gòu)的新(xīn)穎性和實用性；從頭(tóu)設計蛋白(bái)質具有挑戰性，本工作中(zhōng)6種不同蛋(dàn)白質的(de)高分辨(biàn)率設計是(shì)一項重(zhòng)要(yào)成就(jiù)，證(zhèng)明這種方法運行(háng)良好。

中國學者在籠目超導(dǎo)體中發(fā)現新型電子向列相

中國科學技術大學陳仙輝、吳濤和王震宇等組(zǔ)成的團隊，近日在籠目超導體CsV3Sb5中(zhōng)發現一種新型電子向列相。該發現不僅(jǐn)為(wéi)理解籠目結構超導體中電荷密度波與超導電性之(zhī)間的反常競争提供了重要實驗證據，也為進(jìn)一步(bù)研究關聯電子(zǐ)體系中與非常規超(chāo)導電性密切相關的交織序提供了新的(de)研究方向。相(xiàng)關成果(guǒ)2月10日發表于(yú)《自然》。

電(diàn)子向列相廣泛存在于高溫超導體、量子霍(huò)爾絕緣體等電子(zǐ)體系，與高溫超導電性之間存在緊密聯系，被認為是一種與高溫超導相關聯的交織序。探(tàn)索具有新(xīn)結構超導材料體系，從而進一步研究超(chāo)導與各種交織序(xù)的關聯是當前領域的(de)一個重要研究方向，其中一類備受關注的體系(xì)為二維籠目(mù)結構。理論預測二維籠目體系可呈現出新奇的超導電性和(hé)豐富的電子有(yǒu)序态，但長期以(yǐ)來缺乏合(hé)适的材料(liào)體系(xì)實現其(qí)關聯物理，籠目超導體(tǐ)CsV3Sb5的發現為該方向的探索提供新的(de)研究體系。

籠目結構超導體中三重調制電荷密度波導緻的(de)電子向(xiàng)列序與超(chāo)導電性的物理示意(yì)圖

陳仙輝團隊在前(qián)期研究中已成功揭(jiē)示該(gāi)體系(xì)中面内三重調制的電荷密度(dù)波态，以及電荷密度波與(yǔ)超導電性在壓力下的反常競争關(guān)系。

在此基礎上(shàng)，團隊結合掃描隧道顯微鏡、核(hé)磁共(gòng)振以及彈(dàn)性電阻三種實驗技術，發(fā)現體系在進入超(chāo)導态之前，三重調制電荷密度波态會(huì)進一步演化為一種熱力學穩定的電子向列相，并确定轉變溫(wēn)度在35開爾文左右。新型電子向列相具(jù)有Z3對稱性，在理論上被three state Potts模型所(suǒ)描述，因而(ér)又被稱為“Potts”向(xiàng)列(liè)相。有趣的是，這種新型電子(zǐ)向列相近期在雙層轉角石墨烯體系中也被觀察到。

這(zhè)一成(chéng)果不僅在籠目結(jié)構超導體中揭示了一種新型電子向列相，也為理解這類體(tǐ)系中超導(dǎo)與(yǔ)電荷密度波之間的競争提供了(le)實驗(yàn)證據。此前(qián)的掃描隧道譜研究(jiū)表明，CsV3Sb5體系中可能存在超導電性與(yǔ)電荷(hé)密度波序相互交織而形成的配對密度波态（PDW）。在超導轉變溫度之(zhī)上發現的電子向列序，可以被理解(jiě)成一種與PDW相關的交織序，這一結果也為理解高溫超(chāo)導體中的PDW提供了重要(yào)線索和思(sī)路。（記者 王利）

來源：央視新聞