我國科學(xue)家在多個前(qián)沿科技領域(yù)實現關鍵核(he)心技

我國(guó)首次在超冷(lěng)原子分子混(hun)合氣中合成(chéng)三原子分子(zǐ)

中國科學技(ji)術大學潘建(jian)偉、趙博等與(yǔ)中國科學院(yuan)化學所白春(chūn)禮小組合作(zuo)，在超冷原子(zǐ)分子混合氣(qi)中首次合成(chéng)三原子分子(zǐ)，向基于超冷(leng)原子分子的(de)量子模拟和(he)超冷量子化(huà)學的研究邁(mai)出重要一步(bù)。該成果12月4日(rì)發表于《自然(ran)》。

量子計算和(he)量子模拟具(jù)有強大的并(bìng)行計算和模(mó)拟能🔞力⭐，不僅(jǐn)能夠解決經(jing)典計算機無(wu)法處理的計(ji)算難題，還能(neng)有🧑🏽‍🤝‍🧑🏻效揭示複(fu)☂️雜物理系統(tǒng)的規律，從而(er)為新能源開(kai)發🛀🏻、新材料🏃🏻設(shè)計等提供指(zhǐ)導。利用高度(du)可控的超冷(leng)量子氣✂️體來(lái)模拟複雜的(de)難🔅于計算的(de)物理系統，可(kě)以對複雜系(xi)統進行精确(què)的全方位研(yán)🙇🏻究，因而在化(huà)‼️學反應和新(xin)型材㊙️料設計(jì)中具有廣泛(fàn)的應用前景(jǐng)。

從超冷原子(zi)和雙原子分(fen)子混合氣中(zhōng)利用射頻場(chang)合成三原子(zǐ)分子的示意(yì)圖

超冷分子(zi)将為實現量(liàng)子計算打開(kāi)新思路，并為(wei)量子模拟提(tí)供理想平台(tái)。但由于分子(zǐ)内部的振動(dong)轉動能級複(fu)雜，通💛過直接(jiē)冷卻的方法(fǎ)來制備超冷(leng)分子非常困(kùn)難。超冷原子(zi)‼️技術的發展(zhǎn)為制備超冷(lěng)分💰子提供了(le)🏃🏻‍♂️一條新途✔️徑(jìng)。人們可以繞(rào)開直接冷卻(què)分💔子的困難(nán)，從超冷原子(zi)氣中利用激(jī)光、電磁場等(děng)來合成分子(zǐ)。從原子和雙(shuang)原子分子的(de)混合氣中合(he)成三原子分(fen)子，是合成分(fen)子領域的重(zhong)要研究方向(xiàng)。

中國科學技(jì)術大學研究(jiū)小組在2019年首(shǒu)次觀測到超(chāo)低溫下🔞原子(zi)🔞和雙原子分(fèn)子的Feshbach共振。在(zai)Feshbach共振附近，三(sān)原子分子束(shù)縛态的能量(liang)🈚和散射态的(de)能量趨于一(yi)緻，同時散射(shè)态😘和束縛态(tai)之間㊙️的耦合(he)🚶被大幅度地(dì)共振增強。原(yuán)子分子Feshbach共振(zhèn)的成功觀測(cè)，為合成三原(yuán)子分子提供(gòng)了新機遇。

在(zai)該項研究中(zhōng)，中國科學技(jì)術大學研究(jiu)小組和中國(guó)科💞學院化學(xue)所研究小組(zu)合作，首次成(cheng)功實現了利(lì)用射頻場相(xiang)幹合成三原(yuan)子分子。在實(shí)驗中，他們從(cong)接近絕對零(ling)度的超冷原(yuán)子🐅混合氣出(chū)發，制備了處(chù)于單一超精(jīng)細态的鈉鉀(jia)基态分子。在(zai)鉀原子和鈉(na)鉀分子的Feshbach共(gòng)振附近，通⛹🏻‍♀️過(guò)射頻場将原(yuan)子分子的散(san)射态和三原(yuán)子分子的束(shù)縛态耦合在(zai)一起📱。他們成(cheng)功地在🎯鈉鉀(jia)分子的射☁️頻(pin)損失譜上觀(guan)測到射頻合(he)成三原子分(fèn)子信号，并測(cè)量了Feshbach共振附(fu)😄近三原子分(fèn)子的束📱縛能(neng)。這一成果為(wéi)量子模拟和(hé)超冷化學🏃‍♀️的(de)研究開辟了(le)一條新道路(lù)。

我國科學家(jiā)建立蛋白質(zhì)從頭設計新(xin)方法

中國科(ke)學技術大學(xué)劉海燕教授(shou)、陳泉副教授(shòu)團隊基于數(shù)據💰驅動原理(lǐ)，開辟出一條(tiao)全新的蛋白(bai)質從頭設💘計(ji)路線，在蛋白(bai)質設計這一(yī)前沿科技領(lǐng)域實現了關(guan)🈲鍵核心技術(shù)的原始創新(xīn)，為工🌏業酶、生(shēng)物材料、生物(wù)醫💃🏻藥蛋白等(děng)功能蛋白❓的(de)設計奠定了(le)堅實的基礎(chu)。相關成果北(běi)京時間12月4日(ri)發表于《自然(ran)》。

蛋白質是生(shēng)命的基礎，是(shi)生命功能的(de)主要執行者(zhe)，其結構與功(gong)能由氨基酸(suan)序列所決定(ding)。目前，能夠形(xíng)成穩定三維(wéi)結構的蛋白(bai)質，幾乎全部(bu)是天然蛋白(bai)質，其氨基酸(suān)序列是長期(qī)自然進化形(xing)成。在天然蛋(dan)白結構功✂️能(néng)不能滿足工(gōng)業或醫療應(ying)用🧑🏾‍🤝‍🧑🏼需求時，想(xiang)要得到特定(ding)💯的功能蛋白(bái)，就需要對其(qi)結構進行設(she)🌍計。近年來，國(guó)際上蛋白質(zhì)從頭設計的(de)代表性工作(zuo)主要采用RosettaDesign——使(shi)用天然結構(gòu)片段作為構(gou)建模塊來拼(pin)接🍉産生人工(gong)結構。然而，這(zhe)種方法存在(zai)設😄計結果單(dān)一、對主鍊結(jié)構細節過🐆于(yu)敏感等不足(zu)，顯著限🥵制了(le)⁉️設計主鍊結(jie)構的多樣性(xìng)和可變性。

中(zhōng)國科學技術(shu)大學相關團(tuan)隊長期深耕(geng)計算結構🔅生(shēng)物學方🤟向的(de)基礎研究和(he)應用基礎研(yan)究。施蘊渝院(yuan)士是國内這(zhè)✊一領域的開(kāi)拓者。劉海燕(yan)教授、陳泉副(fu)教授團隊十(shí)餘年來緻力(li)于發展數🈲據(jù)驅動的蛋白(bai)質設計方法(fǎ)。該團隊首先(xiān)建♻️立了給定(dìng)主鍊結構❌設(shè)計氨基酸序(xù)列的ABACUS模型，進(jin)而發展了能(neng)在氨基酸🥵序(xù)列待定時從(cong)頭設計全新(xīn)主鍊結構的(de)SCUBA模型。理論計(ji)算和實驗證(zhèng)明，用SCUBA設計主(zhǔ)鍊結構，能夠(gòu)突破隻能用(yòng)天然片段來(lái)拼接🔅産生新(xīn)主鍊結構的(de)限制，從而顯(xian)著擴展從頭(tóu)設計蛋白的(de)結構多樣性(xing)，甚至⚽設計♈出(chu)不同于已知(zhī)天然蛋白💁的(de)新穎結構。“SCUBA模(mó)型+ABACUS模型”構🤩成(cheng)了能夠從頭(tóu)設計具有全(quan)😘新結構和序(xù)列的人工🏃🏻蛋(dàn)白完整工具(jù)鍊，是RosettaDesign之外目(mu)前唯一經充(chong)分實驗驗證(zhèng)的蛋白質從(cong)頭設計方法(fa)，并與之互為(wei)補充。在論文(wén)中，團隊報道(dao)了9種從頭設(she)計的蛋白質(zhi)分子的高分(fèn)辨晶體結構(gou)，其中㊙️5種蛋白(bai)質具有不同(tong)于已知天⛹🏻‍♀️然(rán)蛋白的新🎯穎(ying)結構。

審稿人(rén)認為，這項工(gōng)作中提出的(de)方法具有足(zú)夠的新🛀穎性(xìng)和💋實用性；從(cong)頭設計蛋白(bái)質具有挑戰(zhan)性，本工作中(zhōng)6種不同蛋白(bai)質的高分辨(bian)率設計是一(yi)項重✍️要成就(jiù)，證明這種方(fang)法運行良好(hǎo)。

中國學者在(zai)籠目超導體(tǐ)中發現新型(xing)電子向列相(xiàng)

中國科學技(jì)術大學陳仙(xiān)輝、吳濤和王(wang)震宇等組成(cheng)的🤩團隊㊙️，近日(ri)在籠目超導(dao)體CsV3Sb5中發現一(yī)種新型電子(zǐ)向列相。該發(fā)現不僅為理(lǐ)解籠目結構(gou)超導體中電(diàn)🔞荷密度波與(yǔ)超♈導電性之(zhi)間的反常競(jing)争提供了重(zhong)要實驗證據(jù)，也為進一步(bu)研究關聯電(dian)子體系中與(yǔ)非常規超導(dao)🌏電性密切相(xiàng)關的交織序(xù)提供了新的(de)研究方向。相(xiang)關成果12月4日(ri)發表于《自然(rán)》。

電子向列相(xiàng)廣泛存在于(yú)高溫超導體(tǐ)、量子霍爾絕(jué)緣體等電子(zi)體系，與高溫(wen)超導電性之(zhi)間存在緊密(mì)聯系，被認為(wei)是一種與高(gao)溫超導相關(guān)聯的交織序(xù)。探索具有新(xīn)結構超導材(cái)料體系，從而(er)進一步研究(jiū)超導與各種(zhǒng)交織序的關(guan)聯是當前領(lǐng)域的一個重(zhòng)要研究方向(xiàng)，其中一類備(bèi)受關注的體(ti)系為二維籠(long)目結構。理論(lun)預測二維籠(long)目體系可呈(chéng)現出新奇的(de)超導電性和(he)豐富的電子(zi)有序态，但長(zhang)期以來缺乏(fá)合适的材料(liao)體系實現其(qi)關聯物理，籠(long)目超導體CsV3Sb5的(de)發現為該方(fāng)向的探索提(tí)供新的研究(jiu)體系。

籠目結(jié)構超導體中(zhōng)三重調制電(diàn)荷密度波導(dao)緻的電子向(xiàng)🔱列序☀️與超導(dao)電性的物理(lǐ)示意圖

陳仙(xian)輝團隊在前(qian)期研究中已(yi)成功揭示該(gai)體系中♻️面内(nèi)三重🏃‍♀️調制的(de)電荷密度波(bo)态，以及電荷(he)密度波與超(chāo)🌂導電性在壓(ya)力下的反常(cháng)競争關系。

在(zai)此基礎上，團(tuán)隊結合掃描(miao)隧道顯微鏡(jing)、核磁共振以(yi)及彈性👈電阻(zu)三種實驗技(jì)術，發現體系(xì)在進入超導(dao)态之前💃，三重(zhong)調制電荷密(mì)度波态會進(jìn)一步演化為(wéi)一種熱力學(xue)穩定的電子(zi)向列相，并🈲确(que)定轉變溫度(dù)在35開爾文左(zuǒ)右。新型電子(zǐ)向列相具有(you)Z3對稱性，在理(lǐ)論上被three state Potts模型(xíng)所描述，因而(er)又被稱為“Potts”向(xiang)列相。有趣的(de)是，這種新👅型(xing)電子向列相(xiang)近期在雙層(ceng)轉角🏃🏻石墨烯(xi)體系中也被(bei)觀察到。

這一(yī)成果不僅在(zài)籠目結構超(chāo)導體中揭示(shì)了一種新型(xíng)電子向列相(xiàng)，也為理解這(zhè)類體系中超(chao)導與電荷密(mì)度波之間的(de)競争提供了(le)實驗證據。此(ci)前的掃描隧(suì)道譜研究表(biǎo)明，CsV3Sb5體系中可(kě)能存在超導(dǎo)電性與🔴電荷(hé)密度✍️波序相(xiang)互交織而形(xíng)成的配對密(mì)度波态（PDW）。在超(chao)導轉變溫度(dù)之上發現的(de)電子向列序(xu)，可以被理解(jiě)成一種與PDW相(xiàng)關的交織序(xù)㊙️，這一結果也(yě)為理解高溫(wēn)超導體中的(de)PDW提供了重要(yào)線索和思路(lu)。（記者 王利）

來(lai)源：央視新聞(wen)