振动反应性控制利用量子领域加速化学反应

分子振动之间的量子力学相互作用第一次加速了两种化合物之间的反应．Huilin锅而且Kopin刘来自台湾台北原子与分子科学研究所(IAMS)的研究人员，利用“量子相位控制”使单氘化甲烷的振动在环境温度下与氯反应更快。“我们的新发现将化学反应的振动控制的概念扩展到量子体系，”潘说manbetx手机客户端3.0．

自20世纪90年代以来，化学家们越来越多地利用分子的振动来控制它们的反应．通常，这意味着根据振动振幅的变化来增强或降低反应性，从而影响单个原子的移动距离。相反，Liu和Pan使用了振动的更基本的量子力学性质——特别是费米耦合振动。

以发展量子理论而闻名的恩里科·费米(Enrico Fermi)和他的量子先驱同事们确定，在粒子中，能量等属性的值是按量子的步骤变化的，而不是连续的。为了从数学上描述粒子的波状量子特性，科学家们使用了波函数。波函数包含有关波的相位和振幅的信息。

经典的化学家认为分子振动具有拉伸和弯曲模式。波函数也可以描述这些模式。如果两个模具有相同的对称性和相似的能量，它们的波函数可以成为费米耦合。这就产生了两种新的振动，一种能量较高，一种能量较低。原始振动的波函数是混合的，给每个新的振动不同的振幅和相位值。

研究人员此前曾在费米耦合振动中使用波函数混合来改变反应的进行方式，以允许一种振动从另一种振动中“借用”反应性。潘和刘想研究波函数的相位如何影响费米耦合振动的反应性。潘表示，之前没有人研究过这个问题，因为相信息可能会“被强烈的化学相互作用打乱”。她说:“此外，即使相位持续存在，在这项研究之前，人们根本不清楚如何从测量结果中区分相位和振幅效应。”

为了获得这些微小的细节，IAMS的研究人员使用了时间切片速度图成像设备。在真空室中，他们用红外激光激发单氘化甲烷。然后，他们将一束这些分子送入仪器，与一束氯原子相交。碰撞的化学物质形成氯化氢分子和氘化甲基自由基。

该仪器电离和检测产品足够灵敏，以区分基于其强度的振动状态，使他们能够检测相位效应。潘和刘测量到，在低碰撞能量下，一种费米耦合振动的反应活性比另一种振动增强了三倍。

这种增强的差异比以前的反应性借用假设更大，这些假设没有考虑波函数预测的量子相位。“因此，我们的结果实际上证明了传统框架的缺点，”潘说。然而，她拒绝推测这种效应是否可以被综合使用。

海伦·查德威克斯旺西大学的一名研究人员说，化学家已经知道“在不同的振动模式中加入相似的能量，可以在不同程度上增强反应”。这些新结果“表明模之间的相位也很重要”。查德威克说:“这表明，震动的整体效果确实可能大于各部分的总和。”“作为一名化学家，能够控制反应的结果总是令人兴奋的。”