中科大首次合成一种超冷三原子分子气体

近日，记者从中国科学技术大学了解到，该校潘建伟、赵博等利用相干合成方法，在国际上首次制备了高相空间密度的超冷三原子分子系综，向基于超冷分子的超冷量子化学和量子模拟研究迈出了重要一步。该研究成果发表于国际学术期刊《科学》。

利用超冷分子模拟化学反应过程，可以对复杂系统进行精确、全面研究，因此在科研和新材料设计中具有广泛应用前景。但由于分子内部的振转能级非常复杂等原因，制备超冷分子非常困难。

本世纪初，国际学界制备钾双原子分子取得成功。随后，科学界开始研究如何制备超冷三原子分子。2022年初，中国科学技术大学、中国科学院化学研究所联合研究组在采用射频合成技术，在钠钾基态分子和钾原子的费希巴赫共振附近，实现了超冷三原子分子的射频合成。但由于三原子分子寿命短、合成效率低，只能通过双原子分子或原子的损失来获得合成三原子分子的间接证据，直接探测三原子分子并制备超冷三原子分子系综仍然是一个实验上的巨大挑战。

此次研究中，中科大团队首次成功利用磁缔合技术，制备了高相空间密度的超冷三原子分子系综。研究团队利用射频解离技术将三原子分子解离成自由的钠钾分子和原子，获得了三原子分子的解离谱，从而实现了三原子分子的直接探测。实验结果显示，团队所获得的三原子分子气的相空间密度比其他方法提高了约10个量级。超冷三原子分子系综的制备为模拟量子力学下三体问题铺平了道路，所获得的高相空间密度也使得制备三原子分子的玻色-爱因斯坦凝聚成为可能。

《科学》杂志审稿人认为，该研究是超冷分子研究领域的一个里程碑，为超冷化学和量子模拟研究开辟了新方向。