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我科学家首次发现电子角动量对化学反应的影响

核反应 电子角动力 离子成像 原子
发布:2021-03-01 15:31:01     来源:中国新闻网

化学反应动力学是在原子、分子层次上,深入研究化学反应如何进行,以求得最终实现影响进而控制化学反应速率和选择反应通道。记者从中国科学院大连化学物理研究所获悉,该所杨学明院士、孙志刚研究员与中国科技大学王兴安教授合作研究取得新进展。研究团队利用高分辨率的交叉分子束离子成像装置,研究了氟原子(F)+氢氘(HD)分子反应的微观动力学过程,并利用该反应中的特殊分波共振现象,揭示F原子的电子角动量对该反应散射动力学过程的影响。该成果2月26日发表在国际著名期刊《科学》杂志上。


 

电子转动角动量的能量,相对于分子振动的能量或分子转动的能量是十分微小的。首次探测到的电子角动量对于化学反应动力学过程的影响,是分子反应动力学领域研究的一个突破,进一步提升了人类对自然界的认识能力。

目前,交叉分子束实验仪器是从微观层次上研究化学反应动力学的唯一实验装置。同时,想要获得化学反应动力学微观过程的具体机制,基于量子力学原理的分子动力学数值模拟计算也必不可少。

据介绍,单次碰撞而发生化学反应的条件下,交叉分子束装置可以探测到具有振转态分辨的化学反应产物。在构建高精度势能面的基础上,开展精确的量子分子反应动力学理论分析,可以详细推断出具有量子态分辨的化学反应微观动态过程。孙志刚表示,实验装置的分辨率和理论计算的动力学过程分析能力,体现了科研人员获得化学反应动力学过程细节的水平,也体现了当今科技发展的水平。

近年来,杨学明院士和王兴安教授进一步发展了交叉分子束离子成像装置,使探测产物的分辨率提高到产物的转动态。利用该实验装置,结合新发展的量子动力学理论分析方法,首次确定了化学反应中量子几何相位效应的存在,相关研究结果曾于2018年在《科学》上发表。至此,化学反应动力学的研究,经历了从产物量子振动态分辨率到转动态分辨率的发展。而后,孙志刚和王兴安希望在更微观的层次上研究化学反应动力学过程,并认为这将是化学反应动力学研究的又一个标志性进展。为此,研究团队利用该交叉分子束装置,结合孙志刚所发展的考虑电子角动量效应的量子动力学理论模拟方法,详细研究了具有分波共振的F+HD反应的动力学过程。

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