我科學(xué)家首次發(fā)現(xiàn)電子角動(dòng)量對化學(xué)反應(yīng)的影響

化學(xué)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)是在原子、分子層次上，深入研究化學(xué)反應(yīng)如何進(jìn)行，以求得最終實(shí)現(xiàn)影響進(jìn)而控制化學(xué)反應(yīng)速率和選擇反應(yīng)通道。記者從中國科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所獲悉，該所楊學(xué)明院士、孫志剛研究員與中國科技大學(xué)王興安教授合作研究取得新進(jìn)展。研究團(tuán)隊(duì)利用高分辨率的交叉分子束離子成像裝置，研究了氟原子(F)+氫氘(HD)分子反應(yīng)的微觀動(dòng)力學(xué)過程，并利用該反應(yīng)中的特殊分波共振現(xiàn)象，揭示F原子的電子角動(dòng)量對該反應(yīng)散射動(dòng)力學(xué)過程的影響。該成果2月26日發(fā)表在國際著名期刊《科學(xué)》雜志上。

電子轉(zhuǎn)動(dòng)角動(dòng)量的能量，相對于分子振動(dòng)的能量或分子轉(zhuǎn)動(dòng)的能量是十分微小的。首次探測到的電子角動(dòng)量對于化學(xué)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)過程的影響，是分子反應(yīng)動(dòng)力學(xué)領(lǐng)域研究的一個(gè)突破，進(jìn)一步提升了人類對自然界的認(rèn)識(shí)能力。

目前，交叉分子束實(shí)驗(yàn)儀器是從微觀層次上研究化學(xué)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)的唯一實(shí)驗(yàn)裝置。同時(shí)，想要獲得化學(xué)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)微觀過程的具體機(jī)制，基于量子力學(xué)原理的分子動(dòng)力學(xué)數(shù)值模擬計(jì)算也必不可少。

據(jù)介紹，單次碰撞而發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的條件下，交叉分子束裝置可以探測到具有振轉(zhuǎn)態(tài)分辨的化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)物。在構(gòu)建高精度勢能面的基礎(chǔ)上，開展精確的量子分子反應(yīng)動(dòng)力學(xué)理論分析，可以詳細(xì)推斷出具有量子態(tài)分辨的化學(xué)反應(yīng)微觀動(dòng)態(tài)過程。孫志剛表示，實(shí)驗(yàn)裝置的分辨率和理論計(jì)算的動(dòng)力學(xué)過程分析能力，體現(xiàn)了科研人員獲得化學(xué)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)過程細(xì)節(jié)的水平，也體現(xiàn)了當(dāng)今科技發(fā)展的水平。

近年來，楊學(xué)明院士和王興安教授進(jìn)一步發(fā)展了交叉分子束離子成像裝置，使探測產(chǎn)物的分辨率提高到產(chǎn)物的轉(zhuǎn)動(dòng)態(tài)。利用該實(shí)驗(yàn)裝置，結(jié)合新發(fā)展的量子動(dòng)力學(xué)理論分析方法，首次確定了化學(xué)反應(yīng)中量子幾何相位效應(yīng)的存在，相關(guān)研究結(jié)果曾于2018年在《科學(xué)》上發(fā)表。至此，化學(xué)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)的研究，經(jīng)歷了從產(chǎn)物量子振動(dòng)態(tài)分辨率到轉(zhuǎn)動(dòng)態(tài)分辨率的發(fā)展。而后，孫志剛和王興安希望在更微觀的層次上研究化學(xué)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)過程，并認(rèn)為這將是化學(xué)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)研究的又一個(gè)標(biāo)志性進(jìn)展。為此，研究團(tuán)隊(duì)利用該交叉分子束裝置，結(jié)合孫志剛所發(fā)展的考慮電子角動(dòng)量效應(yīng)的量子動(dòng)力學(xué)理論模擬方法，詳細(xì)研究了具有分波共振的F+HD反應(yīng)的動(dòng)力學(xué)過程。(記者郝曉明 吳長鋒)

關(guān)鍵詞： 電子角動(dòng)量 化學(xué)反應(yīng)