通过量子化学计算，科学家们发现，外部电场可以极大地改变20K以下几种化学反应的动力学，其中量子隧道主导了反应途径。
量子隧道效应是一种粒子可以通过它们没有能量去克服的势能障碍的现象。在温度接近绝对零度的反应中，这是主要的反应途径。与此同时，电场一直被认为具有控制化学反应的潜力，但是实验证据这种效应直到最近才被发现。
现在，由塞巴斯蒂安Kozuch来自以色列内盖夫本-古里安大学的研究人员将这两个概念结合起来，并研究了三种有机化合物——戊烯π键移位、半布尔戊烯Cope重排以及二氮杂双环己二烯如何降解为环丁二烯和N2在一个伪反向diels - alder反应中——揭示了外部电场对分子内简单转化的影响。
“这项研究引入了外部电场，作为一种有价值的工具，能够调节在超低温下通过量子力学隧道发生的化学过程，并为严格控制受奇异且总是令人困惑的量子力学定律影响的反应提供了一个优雅而有前途的起点，”评论道安东尼奥Fernandez-Ramos他在西班牙圣地亚哥德孔波斯特拉大学模拟化学反应来研究它们的动力学。
研究人员预测，在反应只能通过重原子隧穿(比氢原子大的原子的量子隧穿)进行的温度下，这三个系统的动力学将受到巨大影响。它们通过改变电场的方向和强度来控制反应速率，甚至可以通过在某个方向施加电场来停止二氮双环己二烯的降解。
“在低温下结合外部电场和量子隧道，这是迄今为止尚未探索的领域的首次研究，令人耳目一新，这为未来许多关于化学反应的有趣而基础的发现打开了一扇门，”评论道Edyta格里尔目前就职于美国纽约市立大学巴鲁克学院，主要研究有机化学中的重原子隧穿。
“我们看到了许多非常有趣的效应，但最意想不到的是pentalene，”Kozuch解释道。“我们原以为反应的速度会根据电场的方向快一点或慢一点，然而，当电场垂直于分子平面时，我们看到势垒下降了，但反应的速度要慢得多。“这一观察结果与已建立的正常反应动力学模型相违背，然而，在隧穿状态下，势垒宽度变得极其重要。”Kozuch补充道:“垂直场使得分子以一种凸的方式扭曲，所以原子为了覆盖这个反应而移动的轨迹更大，这使得隧穿速度更慢。”
“量子隧道在低温下主导了许多反应;现在我们看到了外部电场是如何影响这种效应的。约翰内斯Kastner他在德国斯图加特大学(University of Stuttgart)模拟反应性隧道。“速率常数和反应能的变化突出了化学家如何控制这种影响来改变平衡，以及诱导稳定或瞬间破坏分子。”
目前，利用电场来帮助控制化学反应仍主要停留在理论上，但随着实验证据的出现，表明在实验室实现这一目标的可能性，Kozuch和他的团队希望他们的预测在未来也能实现。与此同时，他们计划通过观察其他系统中的重原子和氢隧穿来进一步探测这种影响，以更好地了解这种方法的局限性和前景。
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