大連化物所揭示超冷反應中“幾何相位”效應的物理本質

　　近日，中國科學院院士、中科院大連化學物理研究所分子反應動力學國家重點實驗室研究員張東輝團隊，在超冷反應研究中取得新進展，揭示了超冷O+OH反應中顯著“幾何相位”效應的物理本質。

　　在接近絕對零度的溫度下，分子的德布羅意波長遠大于分子間相互作用的尺寸，且分子的碰撞只能通過一個或少數幾個分波進行，因此，化學反應的量子特性可得到充分體現。此前基于求解非含時薛定諤方程的量子動力學計算表明，O+OH反應中的“幾何相位”效應在超低溫下明顯增強，對特定的產物態考慮“幾何相位”前后的預測反應速率能夠相差多達兩個數量級。該研究在超冷控制化學中具有重要的潛在應用價值而引起廣泛關注。非含時量子動力學計算通常只能獲得反應的速率常數信息，因而該反應中“幾何相位”效應的具體作用機理依然有待探索。

　　在此前工作中（Phys. Rev. Lett.，2018），該團隊通過進一步發展的含時波包方法，首次實現了對超冷反應散射的含時計算。該方法能夠直接提供反應的散射波函數，從而為超冷化學反應過程提供動力學信息。2020年，該團隊發展了一種高效的新方法，在含時波包法框架下研究幾何相位問題（J. Chem. Phys.，2020）。近日，該團隊結合這兩種方法首次將幾何相位引入了超冷含時波包動力學計算，得到了超冷O+OH反應的散射波函數，對波函數的分析揭示了繞行錐形交叉兩側的反應通道之間的量子干涉效應和隨之而來的“幾何相位”效應的物理本質。該研究驗證了此前關于超冷反應幾何相位效應來源的理論假設，揭示了光學晶格阱或初始態定向等量子控制技術有可能控制超冷反應的反應性。

　　相關研究成果發表在《物理化學快報》（The Journal of Physical Chemistry Letters）上。研究工作得到國家自然科學基金、中科院戰略性先導科技專項（B類）“能源化學轉化的本質與調控”等的資助。

大連化物所揭示超冷反應中“幾何相位”效應的物理本質